Geostationary satellite based rainfall estimation for hazard studies and validation :: A Case study of Java Island, Indonesia

SUSENO, Dwi Prabowo Yuga, Dr. H.A. Sudibyakto, M.S

2009 | Tesis | S2 Geo-Information for Spatial Planning and Risk M

Informasi curah hujan yang mendekati tanggap waktu (near real time) sangat diperlukan dalam peringatan dini berbagai bencana yang dipicu oleh curah hujan yang sangat lebat seperti banjir dan tanah longsor. Lambatnya penyebaran informasi curah hujan hasil pengukuran lapangan merupakan kendala yang cukup serius untuk keperluan peringatan dini tersebut. Estimasi curah hujan berbasis penginderaan jauh dapat dipertimbangkan sebagai alternative untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Penelitian ini ditujukan dalam penggunaan estimasi curah hujan berbasis satelit geostationer menggunakan MTSAT yang digabung dengan data TRMM 2A12 (MTSAT gabungan), dalam rangka penyediaan informasi curah hujan yang mendekati tanggap waktu, khususnya untuk tujuan kajian bencana. Selain itu hasil estimasi curah hujan tersebut juga dibandingkan dengan estimasi curah hujan yang lain yaitu dari TMPA. Kedua hasil estimasi curah hujan tersebut selanjutnya dibandingkan dan divalidasi dengan menggunakan data curah hujan hasil pengukuran lapangan yang tersedia, selama periode musim penghujan bulan Desember 2007. Estimasi curah hujan dilakukan untuk seluruh Pulau Jawa. Untuk keperluan validasi tersebut, digunakan 22 stasiun hujan otomatis yang ada di daerah Yogyakarta dan sekitarnya. Kinerja dari estimasi curah hujan baik dari MTSAT gabungan maupun TMPA dibandingkan secara statistic dengan pengukuran curah hujan lapangan berbasis perbandingan titik dan piksel (point to pixel basis) untuk validasi secara temporal. Untuk validasi secara keruangan perbandingannya dilakukan secara titik dan piksel (point to pixel basis) dan piksel dan piksel (pixel to pixel basis). Beberapa skema agregasi baik secara temporal maupun keruangan juga dilakukan untuk dapat mengetahui bagaimana efek agregasi tersebut terhadap hasil validasi. Hasil validasi menunjukan bahwa TMPA menunjukan hasil yang lebih baik secara keseluruhan daripada MTSAT gabungan, khususnya dalam hal akurasi (mean error dan RMSE) dan juga skill (accuracy, bias score, POD, FAR and CSI). Penjelasan dari hal ini adalah bahwa algoritma TMPA dibangun dengan menggunakan masukan dan sumber data yang lebih bervariasi dan juga dengan menggunakan algoritma yang lebih kompleks. Namun, dalam hal asosiasi (koefisien korelasi) secara temporal TMPA hanya sedikit lebih baik dari MTSAT gabungan, bahkan untuk koefisien korelasi secara keruangan, MTSAT gabungan menunjukan kinerja yang lebih baik. Meskipun secara umum TMPA memiliki kinerja yang lebih baik dari MTSAT gabungan, namun algoritma MTSAT gabungan cukup menjanjikan sebagai alternative penyedia data curah hujan untuk daerah-daerah yang tidak memiliki alat penakar curah hujan, sekaligus juga merupakan meteode pendekatan secara tidak langsung untuk peringatan dini bencana yang dipicu oleh curah hujan.

Near real time rainfall information is necessary for early warning of rainfall triggered hazard such as floods and landslides. Slow dissemination of measured rainfall information was considered as serious obstacle in terms of the use of such information for early warning purpose. Remote sensing based rainfall estimation had been considered as an alternative to fulfill that need. This research was addressed to use geostationary based rainfall estimation by using MTSAT data that was blended with TRMM 2A12 data product in order to provide near real time rainfall information, especially for hazard study purposes. Comparison to TMPA data product was performed. Those of rainfall estimations then to be compared and validated both spatially and temporally with ground based observations using available rain gauge data during rainy season in December 2007. Rainfall estimation had been performed to whole Java Island. For the validation purpose 22 automatic rain gauges in Yogyakarta area and its surrounding had been used. The performance of rainfall estimation of both MTSAT blended and TMPA compared to rain gauge measurement had been measured by using statistical analysis in point to pixel basis for temporal validation. For the spatial validation point to pixel as well as pixel to pixel basis had been performed for the spatial validation. Several aggregation schemes both temporal and spatial were also performed to investigate their effect to the validity. The results showed that TMPA demonstrated relatively better overall performance than MTSAT blended, especially for the accuracy (mean error and RMSE) and skill (accuracy, bias score, POD, FAR and CSI). It could be explained mainly because TMPA algorithm had been developed based on various data inputs as well as complex algorithm. However, for the association (correlation coefficient), TMPA only slightly better than MTSAT blended for the temporal correlation. Moreover, for the spatial correlation, MTSAT blended showed better performance than TMPA. Even though TMPA had better overall performance than MTSAT blended, however the MTSAT blended algorithm was still quite promising as an alternative for providing rainfall data for the ungauge remote area as well as an indirect approach for the rainfall triggered rainfall hazard early warning system.

Kata Kunci : MTSAT,TRMM 2A12,TMPA,Estimasi curah hujan,Validasi,rainfall estimation, validation