PENENTUAN POLA HARI TENANG UNTUK
MENDAPATKAN TINGKAT GANGGUAN
GEOMAGNET DI TANGERANG
Hablrun, Sity Rachyany, Anwar Santoso, Visca WellyanitaPeneliti Pusat Pemanfaatan Sains Antariksa, LAPAN
ABSTRACT
Geomagnetic disturbance level which is the indicator of the geomagnetic activity is influenced by various disturbance activities such as the disturbance effect from solar surface directly toward the earth influencing geomagnetic field. Before geomagnetic disturbance level is obtained, quiet day pattern model m u s t be determined by using the double Fourier series. By u s i n g this model, geomagnetic disturbance level can be determine based on deviation between H component geomagnetic d a t a from Tangerang station and model's result. Analysis result showed that deviation at maximum solar activity (in the 2000s) was lower t h a n t h a t of minimum solar activity (in the 1996s). Deviation value at maximum solar activity is about of 6.36 - 31.26 nT, while at minimum solar activity is a b o u t of 2.25-50.56 nT.
ABSTRAK
Tingkat gangguan geomagnet (medan magnet bumi) m e r u p a k a n indikator dari aktivitas geomagnet akibat p e n g a r u h berbagai aktivitas gangguan, seperti aktivitas gangguan dari p e r m u k a a n matahari secara tegak l u r u s t e r h a d a p bumi hingga mempengaruhi m e d a n magnet bumi. Untuk m e n d a p a t k a n tingkat gangguan geomagnet maka terlebih d a h u l u ditentukan model pola hari tenang dari masing-masing bulan sesuai kondisi aktivitas matahari. Penentuan model pola hari tenang menggunakan deret Fourier ganda dan model ini melukiskan kondisi aktivitas geomagnet tenang. Dengan demikian melalui model ini m a k a tingkat gangguan geomagnet dapat ditentukan, berdasarkan deviasi a n t a r a d a t a pengamatan terhadap model pola hari tenang. Hasil analisis model pola hari tenang dengan menggunakan d a t a p e n g a m a t a n komponen H dari stasiun pengamat geomagnet Badan Meteorologi d a n Geofisika (BMG) Tangerang diperoleh. Akurasi model p a d a aktivitas matahari tinggi t a h u n 2000 dan p a d a aktivitas matahari rendah t a h u n 1997. Pada aktivitas matahari tinggi fluktuasi galat model lebih rendah dibandingkan t e r h a d a p galat model p a d a aktivitas m a t a h a r i r e n d a h . Kuantitas galat pada aktivitas m a t a h a r i tinggi dari 6.36 sampai dengan 31.26 nT, sedangkan kuantitas galat p a d a aktivitas matahari rendah dari 2.25 sampai dengan 50.56 nT. 1 PENDAHULUAN
Tingkat gangguan geomagnet (medan magnet bumi) merupakan u k u r a n / besaran, akibat d a m p a k p e n g a r u h gang-guan dari berbagai s u m b e r . Di a n t a r a n y a pengaruh gangguan dari m a t a h a r i , per-m u k a a n buper-mi, d a n dari aktivitas geo-magnet itu sendiri. Dari m a t a h a r i seperti akibat aktivitas flare, sedangkan dari permukaan bumi seperti aktivitas gempa
bumi d a n letusan g u n u n g berapi serta dari geomagnet akibat aktivitas badai magnet (Suhartini, 1999). Kondisi yang demikian menyebabkan karakteristik medan magnet bumi menjadi sangat kompleks d a n berfluktuasi terhadap waktu. Walaupun demikian u k u r a n tingkat gangguan p a d a medan magnet bumi ini dari waktu ke waktu masih diperlukan oleh p e n g g u n a di antaranya
team surveyor geologi d a n eksplorasi geofisika u n t u k akurasi d a t a hasil survey dari lapangan.
Berkaitan dengan itu m a k a infor-masi tingkat gangguan geomagnet regional dari waktu ke waktu perlu ditentukan. Sedangkan penentuan tingkat gangguan geomagnet setiap saat c u k u p rumit, karena melibatkan berbagai pengaruh gangguan yang sifatnya temporal hingga pengaruh gangguan yang berperiodik Zhou dan Wei., (1998). Gangguan temporal yang sifatnya s e m e n t a r a m e r u p a k a n tingkat gangguan yang berpengaruh pada medan magnet bumi p a d a saat tertentu. Sedangkan gangguan y a n g berperiodik juga bersifat periodik d a n terjadi secara
terus-menerus tanpa b a t a s yang disebut gangguan reguler. U n t u k mengetahui tingkat gangguan geomagnet, m a k a gangguan-gangguan yang sifatnya periodik atau reguler perlu dipisahkan atau dihilangkan yang terkandung dalam data komponen geomagnet. Dengan meng-hilangkan d a t a yang berperiodik ini sehingga yang tertinggal h a n y a tingkat gangguannya.
Teknik p e n e n t u a n tingkat gang-guan geomagnet regional dari d a t a kom-ponen geomagnet, dari setiap stasiun pengamat geomagnet diawali dengan p e n e n t u a n pola hari t e n a n g dari barisan data komponen geomagnet harian. Ke-mudian dari d a t a p e n g a m a t a n komponen geomagnet harian yang diperoleh variasi sekuler (long term) dan variasi harian
(short term) yang t e r k a n d u n g dalam d a t a
komponen geomagnet j u g a dipisahkan. Selain itu t e n t u k a n pola hari tenang, pada saat medan magnet b u m i tidak terganggu dari masing-masing bulan. Dalam satu bulan diambil 5 hari yang paling tenang, u n t u k m e n d a p a t k a n pola hari tenang pada bulan tertentu, kemudian dilakukan perata-rataan 5 hari yang paling tenang sehingga t e r b e n t u k pola hari tenang. Penentuan pola hari tenang dari masing-masing bulan dilakukan menggunakan deret Fourier ganda, jelas-nya diuraikan p a d a bagian berikutjelas-nya.
2 DATA DAN METODE
2.1 Penentuan Model Pola Hari Tenang Berdasarkan data p e n g a m a t a n komponen H geomagnet dari stasiun pengamat geomagnet Tangerang dari t a h u n 1997 sampai dengan t a h u n 2004 maka variasi geomagnet hari tenang dapat dihitung. Penentuan pola hari tenang dari 5 hari paling tenang dalam satu bulan ditentukan b e r d a s a r k a n a t u r a n internasional, kemudian r a t a - r a t a k a n 5 hari tenang dari masing-masing bulan melalui d a t a variasi geomagnet sehingga diperoleh 12 pola hari tenang dalam setahun. Pola hari tenang (Sq) melukiskan kondisi variasi harian geomagnet yang tidak mengalami gangguan setiap bulan. Pola hari tenang dari data harian, dengan menggunakan metode statistik dan model Sq dinyatakan sebagai deret Fourier ganda dalam waktu j a m T dan bulan M (McPherron, 2005) yang dinyatakan oleh
(2-1) Pada p e r s a m a a n (2-1) r u a s kiri barisan data rata-rata 5 hari tenang dalam satu bulan d a n modelnya p a d a r u a s k a n a n t e r h a d a p p e r u b a h a n waktu t (t =1, 2, ... , T), m dan n adalah banyaknya k o n s t a n t a model yang dihitung, a d a n (3 adalah sudut fase, dan A adalah amplitudo serta M adalah bulan. Perhitungan model pola hari tenang Sq(t) persamaan (2-1) hanya m e m p e r h i t u n g k a n dampak akibat variasi diurnal dan semi diurnal, masing-masing berperiode 24 d a n 12 j a m .
Perhitungan model pola hari tenang Sq(t)e3t p e r s a m a a n (2-1) dihitung menggunakan algoritma sebagai b e r i k u t : • Data p e n g a m a t a n komponen H yang
diamati setiap menit, dalam r e n t a n g waktu satu j a m dilakukan perata-r a t a a n sehingga dalam sehaperata-ri dipeperata-roleh 24 d a t a rata-rata.
• Rata-rata 5 hari tenang dalam satu bulan disebut pola hari tenang, kemu-dian t e n t u k a n model rata-rata 5 hari tenang dari masing-masing bulan menggunakan p e r s a m a a n (2-1). Selisih
antara data r a t a - r a t a 5 hari tenang terhadap model rata-rata 5 hari tenang (Sqest) disebut variasi hari tenang. • Kemudian ambil selisih d a t a
peng-amatan komponen H t e r h a d a p model Sq, sehingga diperoleh deret berkala tingkat gangguan yang bebas dari pola standar harian akibat bulan dan matahari.
• Dari deret berkala tingkat gangguan nomor 3 masih t e r k a n d u n g berbagai pola standar di a n t a r a n y a pola s t a n d a r bulanan yang perlu dibebaskan dari data tingkat gangguan. Pembebasan pola standar b u l a n a n tersebut mengguna-kan model polinom orde k = 3 (Thomopaulas, 1980). Tingkat gangguan diperoleh dari deviasi a n t a r a deret berkala tingkat gangguan terhadap model polinom orde tiga.
• Tingkat gangguan geomagnet secara u m u m d i t e n t u k a n melalui definisi H(T) = AH(T) - Sq est - C sehingga diper-oleh tingkat gangguan j a m - a n dari masing-masing s t a s i u n . Dan C adalah pola standar yang k o n s t a n t e r k a n d u n g pada AH(T) (variasi komponen H) seperti
base-line d a n trend secular, dengan
jangka waktu yang c u k u p panjang sekitar 40 hingga 100 t a h u n .
2.2 Perhitungan Tingkat Gangguan Geomagnet
Tingkat gangguan geomagnet di-hitung dari komponen geomagnet hori-zontal dan p e r h i t u n g a n n y a b e r d a s a r k a n prosentasi McPerron (2005) dengan digambarkan secara matematik sebagai berikut :
(2-2) H(T) = medan magnet komponen horizontal, Ho(T) = base line komponen horizontal dan Sq(T,M) = variasi hari tenang p a d a j a m T dan bulan M persamaan (2-1). Persamaan (2-2) dapat d i s e d e r h a n a k a n dengan me-netapkan titik a c u a n yang diambil p a d a jam 00 waktu lokal sebagai titik nol atau
H(T) - Ho(T) = AH(T), hal ini dilakukan u n t u k menghilangkan p e n g a r u h variasi
sekular yang t e r k a n d u n g dalam Ho(T). Sehingga tingkat gangguan geomagnet regional u n t u k wilayah Indonesia dapat dihitung melalui p e r s a m a a n (2-3)
(2-3) dengan AH(T) = variasi medan magnet komponen horizontal dan X = lintang geomagnet dari masing-masing stasiun geomagnet.
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil analisis yang diungkapkan dalam p e m b a h a s a n ini difokuskan pada gangguan yang mempengaruhi medan magnet bumi, komponen H pada aktivitas matahari meningkat t a h u n 2000 dan aktivitas matahari rendah atau melemah t a h u n 1997.
3 . 1 Model Empiris Pola Hari Tenang Sq(t)„t
Dengan algoritma p a d a bab 2.1 m a k a model pola hari tenang Sq(t) dapat ditentukan u n t u k s e m u a stasiun pengamat geomagnet, dengan b e r d a s a r k a n data komponen H r a t a - r a t a 5 hari tenang. Model pola hari tenang yang dihitung dari d a t a variasi komponen H p a d a bulan Agustus 1997 d a n 2000 dapat dilihat p a d a G a m b a r 3-1 d a n 3-2.
Gambar 3-1 dan Gambar 3-2 menyatakan perbandingan a n t a r a d a t a pengamatan komponen H terhadap model pola hari tenang, dengan berdasarkan rata-rata 5 hari tenang p a d a bulan Agustus t a h u n 1997 dan 2000. S u m b u x menyatakan waktu dalam UT (Universal Time) d a n s u m b u y komponen H dalam s a t u a n n a n o tesla (nT). Deviasi a n t a r a d a t a p e n g a m a t a n t e r h a d a p model pola hari tenang dari setiap b u l a n disebut variasi hari tenang. Sedangkan akurasi model pola hari tenang terhadap data rata-rata 5 hari tenang disebut galat model pola hari tenang d a n hasilnya dari t a h u n 1997 sampai dengan 2004 dapat dilihat p a d a Tabel 3 - 1 .
Akurasi model p a d a aktivitas matahari tinggi b e r d a s a r k a n d a t a kom-ponen H t a h u n 2000 dan p a d a aktivitas matahari r e n d a h t a h u n 1997. Pada aktivitas matahari tinggi fluktuasi galat model lebih r e n d a h dibandingkan ter-hadap galat model pada aktivitas matahari rendah. Kuantitas galat Tabel 3 - 1 , me-nyatakan bahwa aktivitas matahari tinggi dari 6.36 sampai dengan 13.26 nT (kolom 6), sedangkan k u a n t i t a s galat pada aktivitas m a t a h a r i r e n d a h dari 2.25 sampai dengan 50.56 nT (kolom 3). 3.2 Variasi Hari Tenang
Variasi hari tenang dihitung melalui selisih a n t a r a d a t a r a t a - r a t a 5 hari
tenang (titik-titik) terhadap model rata-r a t a pola harata-ri tenang (garata-ris) p a d a Gambar 3-1 d a n 3-2 serta hasilnya dinyatakan p a d a Gambar 3-3. Pada Gambar 3-3 m e n u n j u k k a n variasi hari tenang sekitar setengah siklus aktivitas matahari dari tahun 1997 sampai dengan t a h u n 2002. Variasi hari tenang tersebut p a d a bulan Maret t a h u n 1997 terlihat fluktuasi yang c u k u p besar p a d a hari tenang sekitar lebih dari 200 nT d a n Maret 2002 sekitar 80 nT akibat pengaruh gangguan eksternal, diduga badai magnet matahari yang tegak l u r u s t e r h a d a p per-m u k a a n buper-mi. Sedangkan galat per-model a n t a r a d a t a pola hari tenang terhadap model pola hari t e n a n g ditunjukkan p a d a Tabel 3 - 1 .
Gambar 3-3: Variasi hari tenang dari t a h u n 1997 sampai dengan t a h u n 2002, d a t a p e n g a m a t a n komponen H dari stasiun p e n g a m a t geomagnet BMG Tangerang
Gambar 3-4: Fluktuasi tingkat gangguan geomagnet stasiun pengamat geomagnet BMG Tangerang dari b u l a n J a n u a r i - Oktober t a h u n 1997
Gambar 3-5: Fluktuasi tingkat gangguan Tangerang dari bulan Maret Pada aktivitas m a t a h a r i sekitar maksimum variasi r a t a - r a t a komponen H geomagnet dalam k e a d a a n teredam oleh aktivitas m a t a h a r i . Dinyatakan galat model komponen H r a t a - r a t a hari tenang lebih besar p a d a aktivitas m a t a h a r i minimum dari p a d a m a k s i m u m dan hasilnya d i t u n j u k k a n p a d a Tabel 3-1 kolom 6 dan 7. Fluktuasi galat model
geomagnet stasiun p e n g a m a t geomagnet BMG -Desember t a h u n 2 0 0 0
komponen H r a t a - r a t a hari tenang, t e r u t a m a p a d a t a h u n 1999 hingga 2000 dari 6.36 s a m p a i dengan 16.31 nT. Sedangkan p a d a aktivitas matahari sekitar moderate hingga minimum fluktuasi galat model komponen H rata-r a t a harata-ri t e n a n g mengalami fluktuasi yang tidak stabil dari 2.20 sampai dengan 50.56 nT.
Tabel 3 - 1 : VARIASI GALAT MODEL POLA HARI TENANG Sq,:s, TERHADAP DATA POLA HARI TENANG DARI TAHUN 1996 SAMPAI DENGAN TAHUN 2004 DARI STASIUN PENGAMAT GEOMAGNET BMG TANGERANG (nT)
No. 1 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Tahun Bulan 2 J a n u a r i Februari Maret April Mei J u n i Juli Agustus September Oktober November Desember 1997 3 6.23 4.33 50.56 5.75 8.74 4.24 2.43 6.75 7.41 2.25 5.80 3.22 1998 4 4.18 4.41 6.00 8.81 2.20 3.41 6.49 3.32 12.74 6.41 3.39 4.52 1999 5 6.59 7.26 9.60 6.51 16.31 15.16 14.81 11.67 16.14 14.24 7.55 8.07 2 0 0 0 6 10.01 10.77 8.05 8.05 8.57 13.26 6.36 7.61 7.84 9.30 2 0 0 1 7 7.94 9.54 10.29 9.19 8.31 8.47 6.57 6.51 6.51 11.03 8.20 7.93 2 0 0 2 8 11.35 9.70 34.2 9.80 8.23 6.78 9.21 9.75 28.78 7.76 8.01 9.50 2 0 0 3 9 5.26 7.64 7.99 7.31 7.25 6.99 6.87 15.8 26.38 4.70 5.73 34.55 2 0 0 4 1 0 6.64 6.19 8.73 8.10 4.73 6.59 6.26 6.64 8.01
Tabel 3-2: FLUKTUASI TINGKAT GANGGUAN GEOMAGNET YANG DINYATAKAN DENGAN DEVIASI STANDAR (MEAN SQUARE ERROR) DALAM nT TAHUN 1997 SAMPAI DENGAN TAHUN 2004 DARI DATA KOMPONEN H STASIUN PENGAMAT GEOMAGNET BMG TANGERANG
No. 1 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Tahun/Bulan 2 Januari Februari Maret April Mei J u n i Juli Agustus September Oktober November Desember 1997 3 22,10 35.76 34.51 13.29 20.63 23.66 24.42 34.48 20.33 18.75 52.66 35.60 1998 4 16.69 14.04 24.17 15.72 16.71 19.75 22.44 37.76 59.45 16.97 60.77 35.79 1999 5 18.79 19.06 28.89 17.88 22.98 29.90 22.75 25.14 23.85 33.12 15.35 35.68 2 0 0 0 6 22.08 19.30 29.19 19.82 18.50 18.22 21.00 26.62 34.46 13.60 2 0 0 1 7 17.98 15.52 86.42 15.61 16.09 10.40 15.83 17.83 22.52 35.22 52.78 26.65 2 0 0 2 8 14.81 15.39 41.79 13.45 29.21 20.21 18.40 16.59 21.00 26.46 34.37 13.62 2 0 0 3 9 21.31 24.67 18.12 9.27 15.75 19.54 15.32 17.67 76.81 12.35 12.14 23.93 2 0 0 4 10 18.01 17.00 13.63 13.38 11.94 31.95 30.21 15.27
Pada Tabel 3-2 ditunjukkan deviasi s t a n d a r tingkat gangguan geomagnet di sekitar aktivitas matahari m a k s i m u m lebih stabil dari p a d a deviasi s t a n d a r tingkat gangguan pada aktivitas matahari di sekitar minimum. K h u s u s n y a p a d a t a h u n 1999-2000 deviasi s t a n d a r tingkat gangguan geomagnet berfluktuasi dari
13.60 sampai dengan 34.46 nT u n t u k t a h u n 2000 (Gambar 3-5). Sedangkan fluktuasi deviasi standar tingkat gangguan geomagnet pada aktivitas m a t a h a r i sekitar minimum dari 12.14 nT sampai dengan 86.42 nT (Tabel 3-2), t e r u t a m a p a d a t a h u n 1997 (Gambar 3-4). Dengan kondisi itu aktivitas geomagnet termodu-32
3.3 Penentuan Tingkat Gangguan Geomagnet
Sehubungan uraian model empiris pola hari tenang p a d a bab 3.1 dan bab 3.2 maka tingkat gangguan geomagnet ditentukan sesuai algoritma pada bab 2.1 dan bab 2.2 yakni d a t a pengamatan komponen H dikurangi model rata-rata 5 hari tenang dan hasilnya dinyatakan pada Gambar 3-4 dan 3-5. Fluktuasi tingkat gangguan geomagnet akibat dampak aktivitas gangguan yang mem-pengaruhi medan magnet bumi, dari tahun 1997 sampai dengan t a h u n 2004 sebesar 86.42 nT dapat dilihat p a d a Tabel 3-2 kolom 7.
lasi oleh aktivitas m a t a h a r i sekitar maksimum sehingga teredam oleh dampak aktivitas matahari. Sebaliknya aktivitas matahari di sekitar m i n i m u m aktivitas geomagnet tidak dipengaruhi oleh dampak aktivitas matahari sehingga tingkat gangguan p a d a m e d a n magnet bumi sangat berfluktuasi.
Pada Gambar 3-4 fluktuasi tingkat gangguan geomagnet j a m - a n dari bulan J a n u a r i hingga bulan Oktober 1997 tidak lebih dari - 2 4 0 < nT < 140. Tingkat gangguan yang demikian melukiskan dampak akibat p e n g a r u h aktivitas geomagnet p a d a saat aktivitas matahari sekitar minimum. Lain halnya yang dinyatakan Gambar 3-5 m e n u n j u k k a n kondisi dampak gangguan mempengaruhi medan magnet bumi sekitar aktivitas matahari m a k s i m u m yang ditunjukkan data tingkat gangguan geomagnet t a h u n 2000. Fluktuasi tingkat gangguan geo-magnet jam-an p a d a sekitar aktivitas matahari m a k s i m u m dinyatakan tingkat gangguan geomagnet bulan J a n u a r i -Oktober t a h u n 2000 berkisar k u r a n g lebih - 349 < nT < 94.
Dari Gambar 3-4 d a n G a m b a r 3-5 terlihat dengan jelas bahwa variasi dampak gangguan p a d a medan magnet bumi c u k u p bervariasi dari aktivitas matahari minimum hingga aktivitas matahari maksimum. Variasi itu ditunjuk-kan dengan p e r u b a h a n tingkat gangguan dari waktu ke waktu t e r u t a m a dari t a h u n 1997 sampai dengan t a h u n 2004. Selain itu variasi ini d a p a t p u l a dilihat pada variasi komponen H rata-rata lima hari tenang, j u g a a d a perbedaan p a d a saat aktivitas m a t a h a r i minimum ter-hadap aktivitas m a t a h a r i m a k s i m u m . 4 KESIMPULAN
• Fluktuasi tingkat gangguan geomagnet jam-an pada aktivitas m a t a h a r i sekitar maksimum yang dinyatakan tingkat gangguan geomagnet b u l a n J a n u a r i -Oktober t a h u n 2000 berkisar k u r a n g lebih - 349 < nT < 94. Demikian pula u n t u k aktivitas m a t a h a r i minimum fluktuasi tingkat gangguan geomagnet
j a m - a n dari bulan J a n u a r i hingga Oktober 1997 tidak lebih dari - 240 < nT < 1 4 0 .
• Pada aktivitas matahari tinggi tahun 2 0 0 0 a k u r a s i model tinggi sedangkan p a d a aktivitas matahari rendah t a h u n 1997 akurasinya rendah. Pada aktivitas matahari tinggi fluktuasi galat model lebih r e n d a h dibandingkan terhadap galat model p a d a aktivitas matahari r e n d a h . Kuantitas galat p a d a aktivitas m a t a h a r i tinggi dari 6.36 sampai dengan 13.26 nT, sedangkan kuantitas galat p a d a aktivitas matahari rendah dari 2.25 sampai dengan 50.56 nT. • Variasi tingkat gangguan geomagnet
rata-rata hari tenang yang dinyatakan deviasi s t a n d a r tingkat gangguan geomagnet di sekitar aktivitas matahari m a k s i m u m lebih stabil dari pada deviasi s t a n d a r tingkat gangguan pada aktivitas m a t a h a r i di sekitar minimum. K h u s u s n y a p a d a t a h u n 1999-2000 deviasi s t a n d a r tingkat gangguan geomagnet berfluktuasi dari 13.60 nT sampai dengan 34.46 nT t a h u n 2000. Sedangkan fluktuasi tingkat gangguan geomagnet p a d a aktivitas matahari sekitar minimum dari 12.14 nT sampai dengan 86.42 nT.
DAFTAR RUJUKAN
McPherron R.L., 2 0 0 5 . Calculation of the
Dst index, Presentation at LWS
CDAW Workshop Fairfax, Virginia. Email: rmcpherron(%igpp.ucla.edu. Suhartini, S, 1999. Dampak Flare Tanggal
21 dan 25 Agustus 1998 Pada Medan Magnet Bumi Dan Lapisan Ionosfer," Majalah LAPAN No. 2 Vol.
1 April, Hal. 3 4 - 4 3 .
Thomopaulas, N.T, 1980. Applied
fore-casting methods, Harold leonsrd.
School of Management and Finance Ileirois Institute of technology.
Zhou X.-Y. and Wei F.-S., 1998. Prediction of recurrent geomagnetic disturbance by using adaptive filtering, Earth Planets Space, 50. 839 - 8 4 5 .
