ANALISIS
AKTIVITAS
KONVEKTIF
DI
ATAS
BENUA
MARITIM
INDONESIA
MENGGUNAKAN
COMPLEX
EMPIRICAL
ORTHOGONAL
FUNCTION
Danang
Eko
Nuryanto
PUSAT
PENELITIAN
DAN
PENGEMBANGAN
LATAR
BELAKANG
•
Ciri
utama
dari
aktivitas
konvektif
di
BMI
adalah
variasi
diurnal
(Nitta
dan
Sekine,
1994;
Liberti
dkk.,
2001;
Sakurai
dkk.,
2005;
Ichikawa
dan
Yasunari,
2006;
Hara
dkk.,
2006)
•
Indeks
konveksi
diurnal
di
BMI
umumnya
diturunkan
dari
data
suhu
puncak
awan
hasil
penginderaan
jauh
satelit
(Ohsawa
dkk.,
2001;
Liberti
dkk.,
2001;
Sakurai
dkk.,
2005)
•
Aktivitas
konvektif
sangat
terkait
dengan
konvergensi
angin
(Akitomo
dkk.,
1995;
Pucillo
dkk.,
2009)
•
Dengan
demikian
indeks
aktivitas
konvektif
diurnal
yang
memasukkan
unsur
konvergensi
angin
di
dalam
perhitungannya
lebih
sesuai
dengan
kondisi
BMI
dimana
interaksi
darat
‐
laut
‐
PERMASALAHAN
•
Bagaimana
merepresentasikan
aktivitas
konvektif
diurnal
yang
lebih
mencerminkan
interaksi
darat
‐
laut
‐
atmosfer
di
BMI.
•
Bagaimana
pola
aktivitas
konvektif
yang
TUJUAN
PENELITIAN
•
Diperoleh
suatu
indeks
representatif
yang
mengandung
informasi
keberadaan
awan
konvektif
sekaligus
kovergensi
angin
dekat
permukaan
•
Diperoleh
pola
khas
BMI
yang
direpresentasi
‐
RUANG
LINGKUP
•
Dalam
studi
ini
membahas
aktivitas
konvektif
pada
wilayah
BMI
•
Studi
ini
ditekankan
pada
aktivitas
konvektif
diurnal
yang
dapat
direpresentasikan
ke
dalam
skala
iklim
•
Periode
data
yang
dipergunakan
dalam
studi
•
Liberti
dkk
(2001)
mempelajari
variabilitas
awan
dengan
menganalisis
data
satu
jam
‐
an
brightness
temperature
selama
4
bulan.
Mereka
mempelajari
pengaruh
relatif
pulau
‐
pulau
besar
terhadap
variasi
diurnal
awan
di
atas
lautan
Pasifik
ekuator
barat
.
•
Sakurai
dkk
(2005)
menerangkan
siklus
diurnal
migrasi
sistematis
sistem
awan
menggunakan
data
GMS
IR1
di
seluruh
wilayah
Sumatera.
Awan
konvektif
terbentuk
di
atas
wilayah
pegunungan
(darat)
pada
sore
hari
dan
bermigrasi
ke
barat
dan/atau
ke
timur
dari
tengah
malam
hingga
pagi
hari
.
•
Peran
konvergensi
angin
lapisan
bawah
dalam
proses
konveksi
di
atas
danau
diteliti
oleh
Akitomo
dkk.
(1995)
dengan
simulasi
numerik.
•
Penelitian
terbaru
juga
mengemukakan
bahwa
konvergensi
angin
dapat
memicu
terbentuknya
awan
konveksi
(Pucillo
dkk.,
2009).
STUDI
PUSTAKA
•
Ensemble
tipe
‐
tipe
awan
yang
terjadi
berasosiasi
dengan
konveksi
tinggi,
kontribusi
positif
dan
negatif
individual
saling
menghilangkan
ketika
sistem
awan
konvektif
tersebut
dirata
‐
ratakan
(Hartmann
dkk,
2001).
•
Neale
dan
Slingo
(2003)
telah
menunjukkan
bahwa
setiap
perubahan
kecil
pada
siklus
diurnal
memproyeksikan
pada
iklim
rata
‐
rata
musiman
secara
signifikan.
•
Slingo
dkk
(2003)
menyatakan
bahwa
klimatologi
siklus
diurnal
dapat
digunakan
untuk
memberikan
bukti
pentingnya
angin
laut
‐
angin
darat
dan
efek
gelombang
gravitasi,
yang
kemungkinan
memainkan
peran
penting
dalam
budget
panas
dan
uap
air
wilayah
BMI.
•
Barnett
(1983)
menggunakan
CEOF
untuk
menyelidiki
interaksi
sistem
monsun
dan
angin
pasat
di
Pasifik
dengan
data
kecepatan
angin.
•
Susanto
dkk.
(1998
)
menerapkan
prinsip
CEOF
dengan
menggunakan
data anomali tinggi muka laut Samudera Pasifik
STUDI
PUSTAKA
•
Analisis
EOF
(
Empirical
Orthogonal
Function
)
merupakan
suatu
upaya
untuk
menemukan
sejumlah
relatif
kecil
dari
variabel
independen
(prediktor;
faktor)
yang
menyampaikan
sebanyak
mungkin
informasi
yang
asli.
•
Analisis
EOF
dapat
digunakan
untuk
mengeksplorasi
struktur
variabilitas
dalam
kumpulan
data
dengan
cara
yang
obyektif,
dan
untuk
menganalisis
hubungan
di
dalam
satu
himpunan
variabel.
•
Analisis
EOF
juga
disebut
analisis
komponen
utama
atau
analisis
faktor.
•
Analisis
CEOF
(Complex
Empirical
Orthogonal
Function
)
merupakan
analisis
EOF
dengan
menggunakan
input
bilangan
kompleks
(Barnett,
DATA
•
Angin
permukaan
(Cross
‐
Calibrated
Multi
‐
Platform
/CCMP
Î
penggabungan
antara
data
angin
permukaan
yang
diturunkan
sumber
konvensional
(pengamatan
kapal)
dan
in
situ
(buoys)
dan
beberapa
satelit
ke
dalam
analisis
global
(Atlas
dkk.,
2010))
–
Data
1996
–
2009
–
Resolusi
0.25
derajad,
6
jam
‐
an
•
Awan
(IR1
Æ
Kochi)
–
Data
1996
–
2009
METODOLOGI
Angin
Permukaan
Zonal
and
Meridional
Brightness
Temperature
IR1
⎩
⎨
⎧
−
=
0
230
T
b
IK
utk
utk
K
T
K
T
b
b
230
230
>
≤
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
∂
∂
+
∂
∂
−
=
y
v
x
u
konv
)
(
)
(
pagi
sore
pagi
sore
x
x
maks
x
x
N
−
−
=
Normalisasi
dihitung dengan cara mencari selisih rata‐rata data
pada sore hari (13:00 –
22:00) dengan rata‐rata data pada pagi
hari (01:00 – 10:00) yang hasilnya kemudian dibagi dengan nilai
maksimumnya
9
Konvergensi Angin (
N
k)
)
,
(
)
,
(
)
,
(
x
t
n
x
t
in
x
t
u
=
k+
ikPERHITUNGAN
CEOF
Menentukan
matriks
representasi
bilangan
kompleks
sebagai
input
:
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
)
,
(
...
)
2
,
(
)
1
,
(
...
...
...
...
)
,
2
(
...
)
2
,
2
(
)
1
,
2
(
)
,
1
(
...
)
2
,
1
(
)
1
,
1
(
n
m
u
m
u
m
u
n
u
u
u
n
u
u
u
U
Menghitung
matriks
kovarians
dari
U
:
U
U
R
=
*
Menghitung
nilai
eigen
(
eigenvalues
)
dan
vektor
eigen
(
eigenvectors
)
dari
matriks
R
dengan
menyelesaikan
persamaan
berikut
:
Λ
=
C
RC
Menghitung
nilai
variansinya
berdasarkan
nilai
eigen
:
Dimana
adalah
matriks
diagonal
yang
mengandung
nilai
eigen
dari
matriks
R
.
Vektor
pada
setiap
kolom
matriks
C
menunjukkan
vektor
eigen
dari
matriks
R
,
yang
berasosiasi
dengan
nilai
eigen
.
Λ
λ
variansi
(
i
)
=
x
100
%
ii
∑
λ
λ
Deret
waktu
sebagai
Principal
Component
(PC)
setiap
mode
dari
CEOF
diperoleh
dengan
memproyeksikan
matriks
U
dengan
CEOF
setiap
mode
(matriks
C
).
Sehingga
PC
dapat
kita
peroleh
melalui
perhitungan
:
UC
PC
=
Menghitung
amplitudo
temporal
:
2 2
))
(
(
))
(
REPRESENTASI
PSEUDO
‐
VEKTOR
•
Fase
1:
konvergensi
dominan
pada
sore
hari,
konveksi
lemah
•
Fase
2:
konvergensi
dan
konveksi
sama
kuat
pada
sore
hari
•
Fase
3:
konveksi
dominan
pada
sore
hari,
konvergensi
lemah
•
Fase
4:
konvergensi
pada
pagi
hari
dan
konveksi
pada
sore
hari
sama
kuat
•
Fase
5:
konvergensi
dominan
pada
pagi
hari,
konveksi
lemah
•
Fase
6:
konvergensi
dan
konveksi
sama
kuat
pada
pagi
hari
•
Fase
7:
konveksi
dominan
pada
pagi
hari,
konvergensi
lemah
•
Fase
8:
konvergensi
pada
sore
hari
dan
konveksi
pada
pagi
hari
sama
kuat
Nitta
dan
Sekine
(1994)
menggunakan
pseudo
‐
vektor
untuk
merepresentasikan
amplitude
dan
fase
komponen
diurnal
indeks
konvektif
pada
Pasifik
Barat
Tropis.
Konvergensi
positif
Konveksi
positif
Fase
1
Fase
5
Fase
2
Fase
8
Fase
3
Fase
4
Fase
7
Fase
6
Konveksi
negatif
Konvergensi
0 5 10 15 20 25 30 35 -0.5
-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4
Tanggal
Konveksi dan Konvergensi pada 110 BT, 5.5 LS
konveksi konvergensi
0 5 10 15 20 25 30 35 -0.8
-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6
Tanggal
Konveksi dan Konvergensi pada 110 BT, 0.5 LS
konveksi konvergensi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
10
20
30
40
50
60
70
Variansi CEOF
CEOF
va
ri
a
n
si
(
%
)
Dasarian
Bulanan
Mode
Konveksi
Konvergensi
Maks
Rata-
Rata
Maks
Rata-
Rata
CEOF1
0.0049
0.00011
0.0067
0.00025
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Tahun
A
m
pl
it
udo
Deret Waktu Bulanan Amplitudo Konvergensi dan Konveksi
6
12
18
24
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
periode(bulan)
lo
g(pow
e
r)
Pola Spektrum CEOF1 (67,18%)
CEOF1
sig. level 95%
6
12
18
24
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
periode(bulan)
lo
g(pow
e
r)
Pola Spektrum CEOF2 (7,99%)
CEOF2
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0
0.5 1 1.5 2 2.5
CEOF1
CE
O
F
2
Scatter Plot CEOF1 vs CEOF2
y = 0.62*x + 0.29
R = 0.40475 1996 - 1998
1999 - 2009 linear
Pola monsunal kuat maka
pengaruh lokal j uga kuat ,
namun sebaliknya j ika pola
monsunal lemah belum
KESIMPULAN
•
Dalam
studi
ini
telah
diperkenalkan
deret
waktu
CEOF
yaitu
sebagai
suatu
indeks
yang
mewakili
aktivitas
konvektif
BMI
mencerminkan
nilai
konvergensi
dan
indeks
konveksi,
diperoleh
:
–
CEOF
‐
1
cenderung
menunjukkan
pola
umum
BMI
yaitu
adanya
beda
fase
antara
konveksi
di
darat
dan
konveksi
di
laut,
namun
menunjukkan
sama
fase
antara
konvergensi
dan
konveksi,
dimana
mempunyai
dominasi
siklus
annual
.
–
CEOF
‐
2
secara
spasial
menunjukkan
pola
yang
cenderung
acak
yang
merepresentasikan
aktivitas
lokal
dengan
dominasi
aktivitas
berada
di
darat,
menariknya
adalah
pola
ini
terdapat
di
seluruh
kepulauan
Indonesia
tidak
hanya
di
daerah
tipe
hujan
ekuatorial.
Pola
IAK
‐
2
secara
temporal
mempunyai
dominasi
siklus
semi
‐
annual
.
–
CEOF
‐
1
dan
CEOF
‐
2
tidak
sepenuhnya
independen
karena
hasil
regresi
antara
CEOF1
dan
CEOF
‐
2
(koefisien
COEF
‐
1
dan
CEOF
‐
2)
menunjukkan
nilai
koefisien
korelasi
sekitar
0,4.
•
El
Nino
1997/1998
cenderung
mempunyai
keterkaitan
dengan
pola
umum
aktivitas
konvektif
BMI
namun
tidak
terlalu
DAFTAR
PUSTAKA
Adler, R. F., dan Negri, A. J., (1988) : A Satellite Infrared Technique to Estimate Tropical Convective and Stratiform Rainfall,Journal of Applied Meteorology, 27, 30 –51. Akimoto, K., Tanaka, K., Awaji, T., dan Imasato, N., (1995) : Deep Convection in Lake Trigered by Wind: Two‐Dimensional Numerical Experiments with a Nonhydrostatic
Model, Journal of Oceanography, 51, 171 –185.
Aldrian, E., dan Susanto, R.D., (2003), Identification of Three Dominant Rainfall Regions within Indonesia and Their Relationship to Sea Surface Temperature, International Journal od Climatology, 23: 1435 –1452.
Atlas, R., Hoffman, R. N., Ardizzone, J., Leidner, S. M., Jusem,J. C., Sminth, D. K., dan Gombos, D., (2010) : A Cross‐Calibrated, Multi‐Platform Ocean Surface Wind Velocity Product for Meteorological and Oceanographic Application, Bulletin of the American Meteorological Society (preliminary accepted version),doi:
10.1175/2010BAMS2946.1.
Barnett, T. P., (1983) : Interaction of the Monsoon and Pacific Trade Wind Systems at Interannual Time Scale. Part I: The Equatorial Zone, Monthly Weather Review, 111, 756 –773.
Chen, S. S., dan Houze, Jr. R. A., (1997) : Diurnal Variation and Lifecycle of Deep Convective Systems over the Tropical PacificWarm Pool, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 123, 357 –388.
Chang, C. P., Wang, Z., McBride, J., dan Liu, C. H., (2005) : Annual Cycle of Southeat Asia –Maritime Continent Rainfall and the Asymmetric Monsoon Transition, Journal of Climate, 18, 287 –301.
Engerer, N. A., Stensrud, D. J., dan Coniglio, M. C., (2008) : Surface Characteristics of Observed Cold Pools, Monthly Weather Review, 136, 4839 –4849. Haylock, M., dan McBride, J., (2001) : Spatial Coherence and Predictability of Indonesian Wet Season Rainfall, Journal of Climate, 14, 3882 –3887.
Hara, M., Yoshikane, T., dan Kimura, F., (2006):Mechanism of Diurnal Cycle of Convective Activity over Borneo Island, 7th WRF User’s Workshop, 17 – 22 June 2006, Boulder, Colorado, US.
Hartmann, D. L., Moy, L. A., dan Fu, Q., (2001) : Tropical Convection and the Energy Balance at the Top of the Atmosphere, Journal of Climate, 14, 4495 –4511. Hendon, H. H.,dan Woodberry, K., (1993) : The Diurnal Cycle of Tropical Convection, Journal of Geophysical Research, 98, 16623 – 16637.
Hendon, H. H., (2003) : Indonesian Rainfall Variability: Impactsof ENSO and Local Air‐Sea Interaction, Journal of Climate, 16, 1775 –1790. Holton, J. R., (2004) : An Introduction to Dynamic Meteorology, Fourth Edition, Elsevier Academic Press, ISBN: 0‐12‐354015‐1.
Ichikawa, H., dan Yasunari, T., (2006) : Time–Space Characteristics of Diurnal Rainfall over Borneo and Surrounding Oceansas Observed by TRMM‐PR, Journal of Climate, 19, 1238 –1260.
Lau, K. –M., and Chan, P. H., (1983) : Short‐term Climate Variability and Atmosphere Teleconnections from Satellite‐observed Out‐going Longwave Radiation. Part I: Simultaneous Relationship, Journal of Atmosphere Science, 40, 2735 –2750.
Liberti, G.L., Chéruy,F., danDesbois,M.,(2001) : Landeffect on the diurnal cycle of clouds over the TOGACOARE area, as observed from GMS IR Data, Monthly Weather Review, 129, 1500‐1517.
Kajikawa, Y., Wang, B., dan Yang, J., (2009):A Multi‐time Scale Australian Monsoon Index, International Journal of Climatology, DOI: 10.1002/joc.1955. Mapes, B. E., dan Houze, R. A. Jr., (1993) : Cloud Clusters and Super Clusters over the Oceanic Warm Pool, Monthly Weather Review, 121, 1398 –1415.
Matsumoto, J., dan Murakami, T., (2002) : Seasonal Migration of Monsoons Between the Northern and Southern Hemisphere as Revealed from Equatorially Symmetric and Asymmetric OLR Data, Journal of the Meteorological Society of Japan, 80, 419 –437.
McBride, J. L., (1998) : Indonesia, Papua New Guinea, and Tropical Australia. The Southern Hemisphere Summer Monsoon, Meteorology of the Southern Hemisphere,
Meteorological Monograph, No. 49, American Meteorology Seciety, 89 –99.
Zhu, W., Li, T., Fu, X., dan Luo, J‐J., (2010) : Influence of the Maritime Continent on the Boreal Summer Intraseasonal Oscillation, Journal of the Meteorological Society of
Japan, 88, 395 –407.
DAFTAR
PUSTAKA
Meehl, G. A., (1987) : The Annual Cycle and InterannualVariability in the Tropical Pacific and Indian Ocean Regions, Monthly Weather Review, 115, 27 –50.
Meyers, G., McIntosh, P., Pigot, L., dan Pook, M., (2007): The Years of ElNino, La Nina, and Interactions with the Tropical Indian Ocean,Journal of Climate, 20, 2872 –2880. Motoi, T., dan Kitoh, A., (2005) : Role of the Maritime Continent in a Coupled Atmosphere‐Ocean‐Land Surface Model, American Geophysical Union, Fall Meeting 2005,
abstract #OS31B‐1445. http://adsabs.harvard.edu/abs/2005AGUFMOS31B1445M
Neale, R., danSlingo, J. , (2003) : The Maritime Continentand its Role in the Global Climate: A GCM study, Journal of Climate, 16, 834 –848.
Nitta, T., danSekine, S., (1994) : Diurnal Variation of Convective Activity over theTropical Western Pacific, Journal of the Meteorological Society of Japan, 72, 627 – 641. Ohsawa, T., Ueda, H., Hayashi, T., Watanabe, A., danMatsumoto, J., (2001) : Diurnal Variation of Convective Activity and Rainfall in Tropical Asia, Journal of the
Meteorological Society of Japan, 79, 333 –352.
Pucillo, A., Giaiotti, D. B., danStel, F., (2009) : Ground Wind Convergence as Source of Deep Convection Initiation, Atmospheric Research, 93, 37 – 445. Ramage, C.S., (1968) : Role of a Tropical “Maritime Continent”in the Atmospheric Circulation, Monthly Weather Review, 96,365 –370.
Saito, K., Keenan, T., Holland, G., dan Puri, K., (2001):Numerical Simulation of the Diurnal Evolution of Tropical Island Convection over the Maritime Continent, Monthly Weather Review, 129, 378 –400.
Saji, N. H., Goswami, B. N., Vinayachandran P. N., dan Yamagata, T., (1999): A Dipole Mode in the Tropical Indian Ocean, Nature, 401, 360 – 363.
Sakurai, N., Murata, F., Yamanaka, M. D., Mori, S., Hamada, J‐I., Hashiguchi, H., Tauhid, Y. I., Sribimawati, T., and Suhardi,B., (2005) : Diurnal Cycle of Cloud System Migration overSumateraIsland, Journal of the Meteorological Society of Japan, 83, 835 – 850.
Satomura, T., (2000) : Diurnal Variation of Precipitation over the Indo‐China Peninsula: Two Dimensional Numerical Simulation, Journal of the Meteorological Society of Japan,
78, 461 – 475.
Simmons, A. J., Wallace, J. M., danBranstator, G.W., (1983) : BarotropicWave Propagation and Instability, and Atmospheric TeleconnectionPatterns, Journal of the Atmospheric Sciences, 40, 1363 –1392.
Slingo, J., Innes, P., Neale, R., Woolnough, S., dan Yang, G‐Y., (2003) : Scale Interactions on Diurnal toSeasonal Timescales and their Relevanceto Model Systematic Errors,
Annals of Geophysics, 46, February 2003.
Susanto, R. D., Zheng, Q., danYan, X‐.H., (1998) : Complex Singular Value Decomposition Analysis of Equatorial Waves in the Pacific Observed by TOPEX/PoiseidonAltimeter,
Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 15, 764 –774.
Ting, M., danSardeshmukh, P. D., (1993) : Factors Determining the ExtratropicalResponse to Equatorial DiabaticHeating Anomalies, Journal of the Atmospheric Sciences, 50,
907 – 918.
Trenberth, K. E., and T. J. Hoar, (1996) : The 1990–1995 El Niño‐Southern Oscillation Event: Longest on record, Geophysical Research Letters, 23, 57 – 60. Wang, B., dan Fan, Z., (1999):Choice of South Asian Summer Monsoon Indices, Bulletin of American Meteorology Society, 80,629 –638.
Wang, B., Wu, R., danLau, K. –M., (2001) : InterannualVariability of the Asian Summer Monsoon: Contrasts between the Indian and the Western North‐East Asian Monsoon,
Journal of Climate, 14, 4073 –4090.
Wilks, D. S., (2006) : Statistical Methods in the Atmospheric Sciences, Academic Press, USA, 383 –388.
Wilson, J. W., danSchreiber, W. E., (1986) : Initiation of Convective Storms at Radar‐Observed Boundary‐Layer Convergence Lines. Monthly Weather Review, 114, 2516 – 2536.
Wu, C.‐H., danHsu, H.‐H., (2009) : Topographic Influence on the MJO in the Maritime Continent, Journal of Climate, 22, 5433 –5448. Yang, G‐Y, dan Slingo, J., (2001) : The Diurnal Cycle in the Tropics, Monthly Weather Review, 129, 784 –801.
TERIMA
KASIH
