| dc.description.abstract | Sirkulasi arus global dan jalur pelayaran internasional memanfaatkan Alur Laut Kepulauan Indonesia (ALKI) sebagai satu satunya pintu gerbang perlintasan dari Samudera Pasifik menuju Samudera Indian dan sebaliknya di wilayah perairan Indonesia. Ketersediaan informasi hidrospasial mengenai aktivitas hidro-oseanografi permukaan, kolom air, hingga dasar perairan merupakan faktor kunci terciptanya keselamatan bernavigasi. Komponen penting sirkulasi global yang memanfaatkan ALKI untuk mentransferkan bahang massa air antar samudera ialah Indonesian Through Flow (ITF) - Arus Lintas Indonesia (Arlindo), terlebih melibatkan lapisan termoklin. Dampak sirkulasi massa air ini juga berimbas terhadap sektor klimatologi secara global. Secara geografis, jalur ALKI dicirikan oleh selat dan jalur dangkal yang menghubungkan basin semi-tertutup laut teritorial sisi dalam dan luar kepulauan Nusantara dengan topografi dasar laut yang beragam dan kompleks. Di sisi lain, terdapat 10 choke point (celah sempit/selat strategis) dunia, empat di antaranya merupakan selat utama penyusun rangkaian lintasan ALKI, antara lain: Selat Malaka, Selat Sunda, Selat Lombok, dan Selat Makassar. Kombinasi sirkulasi arus geostropik (pasut barotropik), letak geografis dan interaksi laut-atmosfer tersebut dimanifestasikan dalam berbagai aktivitas oseanografi fisik yang memberikan ciri khas fenomena kolom air laut Indonesia. Semenjak tragedi tenggelamnya KRI Nanggala 402 milik TNI AL aktivitas oseanografi kolom air laut yang menyorot perhatian adalah kehadiran gelombang internal (GI), baik dengan tipikal soliton maupun non-linier. Kehadirannya yang tidak dapat terpantau secara kasat mata dan diprediksi secara cepat menurunkan potensi dalam mewujudkan keamanan dan kesiapsiagaan dalam kegiatan operasional infrastruktur maupun wahana di kolom air, baik untuk kepentingan rekayasa teknik, konstruksi, perawatan serta militer. Termotivasi oleh rasa ingin tahu mengenai perilaku, mekanisme, habitat serta implikasi lanjutan yang ditimbulkan akibat kemunculan GI, maka penelitian untuk mengkaji karakteristik GI di wilayah ALKI dan perairan sekitarnya secara komprehensif menjadi fokus utama dalam studi saat ini.
Tahap pertama studi dalam disertasi ini melakukan kajian mengenai karakteristik fenomena oseanografi di wilayah ALKI dan perairan sekitar. Kajian dilakukan dengan menelaah pustaka/artikel tinjauan (peer reviewed papers) dan didukung oleh data model global untuk menginvestigasi karakteristik massa air, batimetri dan sirkulasinya di wilayah ALKI. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jejak aktivitas fenomena oseanografi fisik yang teridentifikasi pada ketiga ALKI mempengaruhi dinamika profil suhu, salinitas, densitas dan kecepatan suara, lebih spesifik adanya anomali parameter massa air tersebut berimplikasi terhadap sistem akustik bawah air dengan mengubah pola propagasi kecepatan suara di lokasi kajian, baik dalam variabilitas musiman dan intra musiman. Analisis hasil kecepatan suara memiliki rentang rata-rata 1485 – 1548 m/s untuk ALKI I; 1464 – 1544 m/s untuk ALKI II; dan 1470 – 1557 m/s untuk ALKI III, masing-masing untuk lapisan dalam hingga lapisan permukaan. Salah satu aktivitas oseanografi yang mengakibatkan fluktuasi tersebut adalah kenampakan GI. Hasil kajian pada tahap ini memetakan tujuh lokasi habitat utama GI di laut Indonesia. Zona habitat tersebut dicirikan dengan keberadaan ambang, gunung bawah laut (GBL), dan palung samudera; memiliki proses stratifikasi yang kuat; dominan di selat/celah sempit; serta berdekatan dengan jalur ALKI dan Arlindo. Tinjauan spesifik penelitian ini berfokus pada karakterisasi GI memanfaatkan dataset dari Ekspedisi Jala Citra (EJC) yang dipromotori oleh Pusat Hidro-Oseanografi TNI AL pada tahun 2022 dan 2023, kenampakan GI terindikasi di 10 lokasi yang berdekatan dengan perairan ALKI berdasarkan hasil identifikasi pencitraan kolom air peralatan hidroakustik.
Selanjutnya karakterisasi GI citra kolom air EJC melibatkan penggunaan data karakteristik massa air (profil suhu, salinitas, densitas dan kecepatan suara) dari CTD observasi (saat EJC dan penelitian terdahulu) dan keluaran model HYCOM, Marine Coopernicus serta model hidrostatik milik Nagai dan Hibiya (2015). Selain itu, data observasi citra satelit radar (SAR) dimanfaatkan untuk membandingkan hasil karakterisasi peralatan hidroakustik dan lokasi kemunculan GI. Menggunakan metode KdV, hasil karakterisasi GI saat EJC 2 tahun 2022 menunjukkan GI dengan tipikal soliton (ISW) memiliki rentang amplitudo ~24-120 m dan yang memiliki tipikal non-linier (HFNW) beramplitudo kurang dari 10 m. Sedangkan saat EJC 3 tahun 2023 hanya didapatkan GI dengan tipikal soliton dengan amplitudo ~13-110 m. Hasil kajian secara kuantitatif juga menunjukkan bahwa variabilitas musiman berpengaruh signifikan terhadap karakteristik gelombang internal di lokasi kajian, respons tersebut tercermin pada fluktuasi nilai parameter KdV. Perbedaan nilai parameter KdV antara kedua periode untuk nilai c1 (kecepatan fase linear mode-1): 1,8 vs 1,6 m/s; a (koefisien nonlinearitas): -10×10?6 hingga -6×10?6 s?¹ vs -12×10?6 hingga -8×10?6 s?¹; dan ß (koefisien dispersi): ~8,5×10?4 vs ~10,2×10?4 m³/s), masing-masing saat periode EJC 2-2022 (muson tenggara) dan EJC 3-2023 (musim peralihan), hal tersebut mengkonfirmasi bahwa aktivitas gelombang internal minimum terjadi selama monsun tenggara yang diduga akibat pengaruh Arlindo yang lebih kuat. Di sisi lain, hasil kajian membuktikan bahwa penguatan Arlindo sebagai arus latar berperan terhadap transformasi geometri GI yaitu dengan memperbesar (memperkecil) setengah lebar panjang gelombang/half-width of wavelenght (?). Selama proses Analisis didapatkan temuan yang mengindikasikan bahwa ’turbulen water’ pada laporan Ekspedisi Snelius 1925 di Soekarno Seamount Chain (Niuewewerk) diduga kuat adalah paket GI dengan tipikal soliton, di mana lokasi GBL merupakan perpotongan jalur ALKI dan Arlindo. Lebih lanjut, didapatkan pula temuan karakteristik proses pendangkalan GI mengecil 4-10 kali sesaat setelah mendekati wilayah pesisir di Perairan Teluk Bone dengan dugaan lokasi pembangkitan di Selat Ombai (ALKI III) dan ditemukannya lokasi pembangkitan GI baru di Selat Leti yang bertepatan dengan gerhana matahari total tahun 2023 dengan amplitudo ~38 m saat kondisi spring tide.
Temuan lanjutan yang dapat dielaborasi akibat kehadiran GI yang dihasilkan dalam penelitian disertasi ini saat EJC tahun 2022 dan 2023 adalah implikasinya terhadap propagasi akustik dan perubahan topografi dasar laut. Hasil kajian menunjukkan bahwa kenampakan GI berperan untuk menimbulkan efek positif dan negatif dalam propagasi akustik, seperti: terbentuknya acoustic trapping di jalur propagasi GI; penguatan (pelemahan) zona bayangan (shadow zone) dan perturbasi saluran SOFAR. Sedangkan untuk topografi dasar laut, munculnya GI (ISW) dengan amplitudo ~100 m di Selat Alor dengan karakteristik jenis sedimen dominan berupa pasir dan lumpur, dapat menginisiasi pembentukan sand wave dengan tinggi puncak rata-rata ~20 m dan panjang hingga mencapai 4 km, hal tersebut dikarenakan GI dapat menginduksi perubahan nilai tegangan geser material dasar laut saat berpropagasi di suatu perairan, induksi ini merupakan manifestasi dari perubahan kecepatan vertikal yang signifikan di kolom air.
Akhirnya, hasil rangkuman mengenai kajian karakteristik GI di perairan ALKI dan sekitarnya secara keseluruhan menghasilkan informasi baru mengenai: (1) terpetakannya sebaran spasial zona pembangkitan, zona propagasi dan zona pendangkalan untuk GI di wilayah yang berdekatan dengan jalur ALKI dan Arlindo; (2) penggunaan kombinasi dataset citra kolom air dan citra satelit dapat dimanfaatkan mengkarakterisasi GI; (3) ditemukannya peran GI terhadap propagasi akustik dan transpor sedimen. Temuan ini memberikan kontribusi ilmiah sebagai landasan dalam pengembangan model prediksi GI, pengelolaan perikanan, pemetaan navigasi dan strategi pertahanan bawah air secara berkelanjutan di wilayah perairan Indonesia (ALKI). | |
| dc.description.abstract | Global ocean circulation and international shipping routes utilize the Indonesian Archipelagic Sea Lanes (IASLs) as the sole gateway for passage from the Pacific Ocean to the Indian Ocean and vice versa within Indonesian territorial waters. The availability of geospatial information regarding hydro-oceanographic activities at the surface, water column, and seabed constitutes a key factor in ensuring navigational safety. A critical component of global circulation that utilizes IASLs to transfer heat and water mass between oceans is the Indonesian Throughflow (ITF), particularly involving the thermocline layer. The impact of this water mass circulation also extends to the global climatological sector. Geographically, the IASLs route is characterized by straits and shallow passages connecting semi-enclosed basins of territorial seas on both the inner and outer sides of the Indonesian archipelago, featuring diverse and complex seafloor topography. Concurrently, among the world's 10 choke points (strategic narrow straits), four constitute the main straits comprising the IASLs trajectory: the Malacca Strait, Sunda Strait, Lombok Strait, and Makassar Strait. The combination of geostrophic current circulation (barotropic tides), geographical location, and ocean-atmosphere interactions manifests in various physical oceanographic activities that characterize water column phenomena in Indonesian seas. Since the tragic sinking of the Indonesian Navy submarine KRI Nanggala 402, water column oceanographic activity that has drawn considerable attention is the presence of internal waves (IWs), both soliton and nonlinear types. Their presence, which cannot be visually detected or rapidly predicted, reduces the potential for achieving security and preparedness in operational activities involving infrastructure and vehicles in the water column, whether for engineering, construction, maintenance, or military purposes. Motivated by scientific curiosity regarding the behavior, mechanisms, habitat, and subsequent implications arising from IW occurrence, comprehensive research investigating IW characteristics in the IASLs region and surrounding waters has become the primary focus of the current study.
The first phase of this dissertation conducted an examination of oceanographic phenomena characteristics in the IASLs region and surrounding waters. The study was performed by reviewing literature/peer-reviewed papers and supported by global model data to investigate water mass characteristics, bathymetry, and circulation in the IASLs region. Research findings demonstrate that traces of physical oceanographic phenomena activity identified across all three IASLs influence the dynamics of temperature, salinity, density, and sound velocity profiles. More specifically, anomalies in these water mass parameters have implications for underwater acoustic systems by altering sound velocity propagation patterns at the study sites, both in seasonal and intraseasonal variability. Analysis of sound velocity results reveals average ranges of 1485–1548 m/s for 1st IASL, 1464–1544 m/s for 2nd IASL, and 1470–1557 m/s for 3rd IASL, respectively, from deep to surface layers. One oceanographic activity responsible for these fluctuations is the occurrence of internal waves. Findings at this stage mapped seven primary internal wave habitat zones in Indonesian seas. These habitat zones are characterized by the presence of sills, seamounts, and ocean trenches; strong stratification processes; predominance in straits/narrow passages; and proximity to IASL routes and the ITF. The specific focus of this research centered on internal wave characterization utilizing datasets from the Jala Citra Expeditions (JCE) promoted by the Indonesian Navy Hydro-Oceanographic Center in 2022 and 2023, with internal wave signatures identified at 10 locations adjacent to IASLs waters based on hydroacoustic water column imaging results.
Subsequently, internal wave characterization from JCE water column imagery involved the utilization of water mass characteristic data (temperature, salinity, density, and sound velocity profiles) from CTD observations (during JCE and previous research) and outputs from HYCOM, Marine Copernicus models, as well as the hydrostatic model by Nagai and Hibiya (2015). Additionally, satellite radar (SAR) imagery observation data were employed to compare hydroacoustic equipment characterization results and internal wave occurrence locations. Using the KdV method, internal wave characterization results during JCE 2 in 2022 revealed soliton-type internal waves (ISWs) with amplitude ranges of ~24-120 m and nonlinear-type waves (HFNWs) with amplitudes less than 10 m. During JCE 3 in 2023, only soliton-type internal waves with amplitudes of ~13-110 m were obtained. Quantitative study results also demonstrate that seasonal variability significantly influences internal wave characteristics at study sites, with this response reflected in KdV parameter value fluctuations. Differences in KdV parameter values between the two periods for c1 (mode-1 linear phase velocity): 1.8 vs 1.6 m/s; a (nonlinearity coefficient): -10×10?6 to -6×10?6 s?¹ vs -12×10?6 to -8×10?6 s?¹; and ß (dispersion coefficient): ~8.5×10?4 vs ~10.2×10?4 m³/s), during the JCE 2-2022 period (southeast monsoon) and JCE 3-2023 period (transitional season), respectively, confirm that minimum internal wave activity occurs during the southeast monsoon, presumably due to the stronger ITF influence. Conversely, study results demonstrate that ITF intensification as background current plays a role in internal wave geometric transformation by increasing (decreasing) the half-width of wavelength (?). During the analysis process, findings were obtained indicating that the 'turbulent water' in the 1925 Snellius Expedition report at Soekarno Seamount Chain (Nieuwewark) was strongly suspected to be a soliton-type internal wave packet, where the seamount location represents the intersection of IASLs routes and the ITF. Furthermore, characteristics of internal wave shoaling processes were discovered, decreasing 4-10 times upon approaching coastal areas in Bone Bay waters, with the suspected generation location at Ombai Strait (3rd IASL), and the discovery of a new internal wave generation site at Leti Strait coinciding with the 2023 total solar eclipse with an amplitude of ~38 m during spring tide conditions.
Subsequent findings that can be elaborated regarding the presence of internal waves generated in this dissertation research during JCE 2022 and 2023 include their implications for acoustic propagation and seafloor topography changes. Study results indicate that internal wave signatures play a role in generating both positive and negative effects on acoustic propagation, such as: formation of acoustic trapping along internal wave propagation paths; enhancement (attenuation) of shadow zones; and perturbation of the SOFAR channel. Regarding seafloor topography, the emergence of internal waves (ISWs) with amplitudes of ~100 m in Alor Strait, characterized by dominant sediment types of sand and mud, can initiate sand wave formation with average crest heights of ~20 m and lengths reaching up to 4 km. This occurs because internal waves can induce changes in shear stress values of seafloor materials during propagation in waters, with this induction representing a manifestation of significant vertical velocity changes in the water column.
Finally, the comprehensive summary of internal wave characteristic studies in IASLs waters and surrounding areas generates new information regarding: (1) spatial distribution mapping of generation zones, propagation zones, and shoaling zones for internal waves in regions adjacent to IASLs routes and the ITF; (2) the combined utilization of water column imagery and satellite imagery datasets for internal wave characterization; (3) the discovered role of internal waves in acoustic propagation and sediment transport. These findings provide scientific contributions as a foundation for developing internal wave prediction models, fisheries management, navigation mapping, and sustainable underwater defense strategies in Indonesian waters (IASLs). | |
