ANALISIS POLA CURAH HU]AN INDONESIA
BERBASIS LUARAN MODEL SIRKULASI
GLOBAL (GCM)
*> Sinia Berllana SIpayung, Lely Qodrita Avia,"• Banibang Dwl Dasanto, dan " " * Sutlkno. ** Pusat Pemanfaatan Sains Atmosfer dan Iklim, LAPAN
"} Instltut Pertanian Bogor,
"*J Instltut Teknologi Sepuluh November, Surabaya Email: [email protected]
ABSTRACT
The analysis of rainfall pattern over Indonesia based on t h e Global Circulation Model (GCM) s u c h as t h e CGCM3.1 (T47) and CSIRO Mk-3 for one h u n d r e d years observation (1900-2000) over three different types of Indonesia rainfall p a t t e r n h a s already been done- They a r e Lampung, J a k a r t a , and Kupang for t h e monsoon type, Ambon for t h e local type, a n d P a d a n g and Solok for t h e equatorial type, respectipely. Since t h e grid resolution of the GCM d a t a is low relatively, we applied the Statistical Downscaling (SD) based on the Principal Component Regression (PCR). We found an a good agreement between b o t h model with t h e rainfall in-situ m e a s u r e m e n t i n between 0.6 u p 0.76, except for Kupang. We found also that both model h a s a similar pattern comparing with t h e rainfall in-situ m e a s u r e m e n t . While, by applying the Principal C o m p o n e n t Regression (PCR), we found an a good a g r e e m e n t also of both model t h a n 6 5 % with the total variability is a b o u t 9 0 % .
ABSTRAK
Telah d i l a k u k a n dilakukan analisis pola c u r a h h u j a n Indonesia berbasis l u a r a n model GCM (Global Circulation Model) yaitu GCM CGCM3.1 (T47), d a n CSIRO M k - 3 u n t u k tiga d a e r a h tipe iklim di Indonesia selama periods t a h u n 1 9 0 0 - 2 0 0 0 . Lampung, J a k a r t a , d a n K u p a n g mewakili tipe hujan monsoon, Ambon mewakili tipe hujan lokal, s e d a n g k a n tipe hujan ekuatorial diwakili oleh P a d a n g dan Solok. Luaran model GCM ini memiliki resolusi y a n g r e n d a h , oleh k a r e n a itu u n t u k m e n i n g k a t k a n resolusi dalam kajian skala regional Indonesia digunakan metode Statistic Downscaling (SD). P a d a penelitian ini d i g u n a k a n metode Statistic Downscaling b e r d a s a r k a n Principal Component Regression (PCR). Hasil validasi l u a r a n k e d u a model GCM t e r s e b u t di lokasi penelitian ini p a d a u m u m n y a memiliki a k u r a s i y a n g c u k u p tinggi d i t u n j u k k a n d e n g a n nilai koefisien korelasi y a n g berkisar a n t a r a 6 0 % s a m p a i d e n g a n 7 6 % , kecuali Kupang. Hasil analisis b a h w a pola c u r a h h u j a n Indonesia b e r b a s i s l u a r a n k e d u a model GCM t e r s e b u t
m e n u n j u k k a n pola y a n g sesuai dengan pola c u r a h hujan p e n g a m a t a n , demikian j u g a dengan analisis r a t a a n keragaman d a t a yang bisa dijelaskan oleh komponen u t a m a p e r t a m a setiap wilayah masing-masing di a t a s 6 5 % d a n total k e r a g a m a n n y a m e n u n j u k k a n 90%.
Kata k u n c i : Ikiim, GCM 1 PENDAHULUAN
Iklim di Indonesia u m u m n y a didominasi oleh d u a tipe monsoon yaitu winter d a n summer monsoon y a n g masing-masing dicirikan oleh m u s i m b a s a h d a n m u s i m kering Yasunari (1981,1990a d a n 1990b). Posisi geografis Indonesia y a n g b e r a d a di wilayah tropis m e m p u n y a i karateristik u n s u r iklim yang spesifik sirkulasi monsoon ini b e r h u b u n g a n dengan curah hujan seperti y a n g dikembangkan oleh J h o n s o n (1992). Diantara p a r a m e t e r iklim y a n g a d a , seperti t e k a n a n , s u h u , kelembaban, a r a h dan kecepatan angin serta c u r a h hujan, t e r n y a t a p a r a m e t e r c u r a h hujanlah yang menarik u n t u k dikaji dan dianalisis lebih lanjut. C u r a h hujan m e r u p a k a n u n s u r iklim y a n g paling tinggi keragaman dan fluktuasinya di Indonesia, sehingga m e r u p a k a n u n s u r iklim y a n g paling dominan mencirikan iklim Indonesia.
Ada tiga pola c u r a h hujan y a n g saat ini dikenal banyak o r a n g yaitu m o n s u n a l , ekuatorial d a n lokal. Ketiga pola hujan tersebut di a t a s d a p a t diuraikan yaitu pola hujan m o n s u n a l sebagai distribusi hujan b u l a n a n dengan pola hujan monsun yaitu s a t u kali hujan minimum sehingga dalam grafik b e r b e n t u k h u r u f "V". Hujan minimum terjadi saat monsun timur a t a u m u s i m kering s e d a n g k a n saat monsun barat a t a u m u s i m b a s a h terjadi hujan y a n g berlimpah. Monsun timur terjadi p a d a bulan J u n i , J u l i , dan Agustus yaitu s a a t m a t a h a r i berada di garis balik u t a r a (23.5° LU). Oleh k a r e n a m a t a h a r i berada di garis balik u t a r a maka u d a r a di a t a s b e n u a Asia mengalami p e m a n a s a n y a n g intensif sehingga Asia mengalami t e k a n a n rendah. Berkebalikan dengan kondisi t e r s e b u t di belahan selatan tidak mengalami p e m a n a s a n intensif sehingga u d a r a di a t a s b e n u a Australia mengalami t e k a n a n tinggi.
Akibat p e r b e d a a n t e k a n a n di k e d u a b e n u a tersebut m a k a angin bertiup dari t e k a n a n tinggi (Australia) ke t e k a n a n r e n d a h (Asia) yaitu u d a r a bergerak di a t a s laut y a n g j a r a k n y a pendek sehingga u a p air yang d i b a w a n y a p u n sedikit kondisi y a n g seperti ini Indonesia mengalami kekeringan k a r e n a aktivitas konveksi bergerak ke a r a h Timur (Quinn et. al.,
1978). Akibat u a p air y a n g dibawa sedikit maka sebagian Wilayah Indonesia (seperti Lampung, J a k a r t a , d a n Kupang) mengalami hujan minimum. B e r d a s a r k a n G a m b a r 1-1 d a p a t pula diamati b a h w a hujan m a k s i m u m terjadi a n t a r a bulan Desember, J a n u a r i , d a n Pebruari. P a d a kondisi ini m a t a h a r i b e r a d a di garis balik selatan sehingga u d a r a di a t a s Australia mengalami t e k a n a n r e n d a h s e d a n g k a n di Asia mengalami t e k a n a n tinggi. Akibat dari hal
ini u d a r a bergerak d i a t a s l a u t d e n g a n j a r a k y a n g c u k u p j a u h sehingga a r u s u d a r a m a m p u m e m b a w a u a p air yang b a n y a k {monsun b a r a t a t a u b a r a t laut). Sehingga wilayah yang dilalui oleh monsun b a r a t a k a n mengalami huj an y a n g tinggi. Monsun b a r a t a t a u p u n t i m u r yang m e m p e n g a r u h i t e r b e n t u k n y a pola hujan m o n s u n a l di b e b e r a p a wilayah Indonesia u m u m n y a wilayah yang t e r k e n a relatif tetap selama posisi pergeseran s e m u m a t a h a r i j u g a tetap. Namun, p e r u b a h a n diperkirakan a k a n terjadi t e r h a d a p j u m l a h ,
intensitas d a n d u r a s i hujannya. U n t u k mempelajari hal ini diperlukan d a t a c u r a h hujan p e n g a m a t a n dalam seri y a n g panjang di b e b e r a p a wilayah Indonesia.
(B)
(C)
G a m b a r 1-1: Pola hujan m u n s o n a l di wilayah Lampung (A), J a k a r t a (B) d a n Kupang (C)
Posisi wilayah y a n g didominasi pola hujan Monsunal Pola hujan ekuatorial a d a l a h pola hujan ekuator yang memiliki pola hujan b u l a n a n yang k h a s , yaitu mengalami d u a kali hujan m a k s i m u m selama s e t a h u n . Hujan m a k s i m u m itu terjadi setelah Maret a t a u p u n September equinox. P e n g a r u h angin monsun di wilayah ini tidak tegas jika dibandingkan p e n g a r u h insolasi (incoming solar radiation) p a d a waktu equinox seperti yang t e r c a n t u m dalam G a m b a r 1-2. Hal ini d i d u k u n g oleh p e n g a r u h aktivitas Matahari p a d a c u a c a d a n Iklim Indonesia, dari hasil pengolahan d a t a a d a n y a korelasi y a n g k u a t (0.8) a n t a r a c u r a h hujan dengan bilangan sunspot di wilayah Indonesia tengah (The Houw Liong dkk, 2006). Pola hujan lokal terdapat p a d a Gambar 1-3 yaitu pola h u j a n yang lebih b a n y a k dipengaruhi sifat-sifat lokal seperti
\U. Z. JUILI JL\J\J/ .X'3:LJ-±LJ'±
topografi setempat a t a u p u n angin lokal, hujan m a k s i m u m terjadi p a d a b u l a n J u n i d a n Juli. Distribusi hujan b u l a n a n dari jenis ini adalah mengalami s a t u kali hujan m a k s i m u m selama s e t a h u n (misal hujan b u l a n a n wilayah Ambon) ini s a n g a t berbeda dengan pola m o n s u n a l d a n pola equatorial.
2 DATA DAN METODE
Data GCM yang d i g u n a k a n adalah CSIRO-Mk3.0 (Australia) d a n CGCM3.1 (T47) (Canada) yang didownload melalui website: h t t p : / / w w w -pcmdi.llnl.gov/ipcc/, dengan eksperimen "20th century in coupled models"
(20C3M) seperti yang t e r c a n t u m dalam Tabel 2 - 1 . Parameter GCM yang d i g u n a k a n a d a l a h precipitable water (kg nr2) dalam b u l a n a n yang dikonversi ke dalam s a t u a n mm. Sebagai d a t a pembanding u n t u k validasi adalah c u r a h hujan wilayah L a m p u n g (1900-1937), J a k a r t a (1900-1974), d a n Kupang (1900-1941), Padang (1900-1941), Solok (1974-1999), dan Ambon (1900-1940),
yang diperoleh dari BMG yang m e r u p a k a n representasi k e r a g a m a n pola hujan di Indonesia yang meliputi tipe hujan monsoon, ekuatorial d a n lokal. B e r d a s a r k a n d a t a yang tersedia d a n u n t u k keperluan pemodelan, periode d a t a dibagi menjadi d u a bagian yaitu u n t u k p e m b a n g u n a n model (verifikasi model) d a n pengujian model validasi model (Tabel 2-2).
T a b e l 2 - 1 : RESOLUSI GCM, PERIODESASI DATA DAN NEGARA PEMBUAT MENURUT NAMA GCM Nama GCM CGCM3.1 (T47) CSIRO-Mk3.0 Resolusi (bujur /lintang) 3.75° x 3.710 1.875° x 1.850° Periode data 1850-2000 1871-2000 Negara Pembuat C a n a d a Australia Tabel 2-2: PERIODESASI DATA UNTUK VERIFIKASI DAN VALIDASI MODEL
Lokasi/wilayah Solok Kupang P a d a n g Lampung J a k a r t a Ambon Periode verifikasi model 1974-1997 1900-1939 1900-1939 1900-1935 1900-1972 1900-1938 Periode validasi (testing ) model 1998-1999 1940-1941 1940-1941 1936-1937 1973-1974 1939-1940
GCM dibangkitkan p a d a resolusi yang terlalu besar u n t u k memberikan g a m b a r a n interaksi regional d a n lokal yang a k u r a t , sejauh ini model GCM m a s i h belum d a p a t m e n d u g a p e r u b a h a n iklim yang konsisten p a d a skala lokal (Giorgi et al. 2001). Oleh k a r e n a itu b e r d a s a r k a n sifat d a t a GCM yang m e n c a k u p s e l u r u h dunia, s e d a n g k a n penelitian ini h a n y a m e n c a k u p wilayah Indonesia m a k a d a t a awal tersebut d i t e n t u k a n grid point dipilih sesuai d e n g a n lintang d a n bujur koordinat kiri a t a s n y a adalah 90.0 BT; 9.7671 LU d a n koordinat k a n a n b a w a h 149.1 BT; 15.3 LS seperti yang t e r c a n t u m dalam Gambar 2 - 1 . Dengan melakukan identifikasi domain grid, kemudian mereduksi dimensi grid d e n g a n metode statistic downscaling (Hewitson d a n Crane 1996 diacu dalam Timbal et al. 2003). Statistic downscaing dengan principle component regresi sehingga diperoleh s u a t u fungsi yang d i g u n a k a n u n t u k memvalidasi l u a r a n model dengan observasi. Data global yang terdiri dari lintang d a n bujur resolusi d a t a CGCM3.1 (T47) resolusi bujur d a n lintang 3.75° x 3.71° terdiri a t a s 128 17 X (bujur) d a n 10 grid Y (lintang) sedangkan d a t a CSIRO Mk-3.0 resolusi bujur d a n lintang 1.875° x 1.850° terdiri a t a s 33 grid X (bujur) d a n 18 grid Y (lintang).
G a m b a r 2 - 1 : Posisi wilayah m e n c a k u p Indonesia b e r d a s a r k a n grid, k a r e n a l u a r a n GCM m e n c a k u p s e l u r u h d u n i a
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil r e d u k s i spasial grid (domain) GCM CGCM3 u n t u k wilayah Indonesia diperoleh 170 grid d a n 594 grid u n t u k GCM CSIRO-Mk3. Reduksi dimensi grid selanjutnya d e n g a n m e n g g u n a k a n analisis k o m p o n e n u t a m a diperoleh m a s i n g - m a s i n g 6 - 8 komponen u t a m a u n t u k GCM CGCM3 d a n CSIRO-Mk3 di wilayah Lampung, J a k a r t a , Kupang, Solok, Padang, d a n Ambon, d e n g a n total k e r a g a m a n d a t a masing-masing di a t a s 9 0 % (Tabel 3-1). Keragaman d a t a y a n g bisa dijelaskan oleh komponen u t a m a p e r t a m a setiap wilayah m a s i n g - m a s i n g di a t a s 6 5 % . Hasil ini m e n u n j u k k a n b a h w a a n t a r grid t e r d a p a t k e t e r k a i t a n y a n g c u k u p erat d a n saling berinteraksi, k a r e n a h a n y a 6-8 k o m p o n e n u t a m a m a m p u menjelaskan lebih dari 9 0 % k e r a g a m a n d a t a dari 170 grid d a n 594 grid.
Tabel 3 - 1 : KERAGAMAN YANG DAPAT DITERANGKAN SETIAP KOMPONEN UTAMA DAN TOTAL MENURUT WILAYAH
Wilayah Kupang Solok Padang Lampung Jakarta Ambon Kupang Solok Padang Lampung Jakarta Ambon
Keragaman yang diterangkan
PCI PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 PC8 CGCM3 0.656 0.660 0.656 0.655 0.652 0.657 0.141 0.146 0.141 0.141 0.143 0.140 0.032 0.037 0.032 0.033 0.034 0.032 0.028 0.023 0.028 0.028 0.028 0.028 0.022 0.021 0.022 0.022 0.020 0.022 0.020 0.017 0.020 0.020 0.020 0.020 0.012 0.012 0.013 0.013 0.013 0.010 0.010 0.010 0.010 0.010 CSIRO-Mk3 0.676 0.669 0.676 0.677 0.671 0.676 0.141 0.135 0.141 0.141 0.142 0.142 0.047 0.052 0.047 0.048 0.047 0.047 0.030 0.033 0.030 0.030 0.030 0.030 0.020 0.024 0.020 0.019 J3.022 0.020 0.014 0.018 0.014 0.014 0.015 0.014 Total keragaman 0.921 0.904 0.921 0.921 0.920 0.921 0.929 0.930 0.929 0.930 0.928 0.930
Nilai korelasi tertinggi terdapat p a d a wilayah Padang, sedangkan terkecil t e r d a p a t p a d a wilayah c u r a h hujan Kupang u n t u k model CGCM. N a m u n nilai RMSE, wilayah J a k a r t a j u s t r u terbesar, s e d a n g k a n terkecil wilayah Solok seperti y a n g t e r c a n t u m dalam Tabel 3-2. Demikian p u l a nilai korelasi u n t u k model CSIRO nilai tertinggi terdapat p a d a wilayah J a k a r t a . Sedangkan y a n g terkecil t e r d a p a t p a d a wilayah Kupang. Nilai RMSE-nya terdapat p a d a wilayah Ambon d a n terkecil p a d a wilayah Lampung. Hasil plot model n a m p a k tidak mengikuti pola d a t a p e n g a m a t a n t e r u t a m a u n t u k wilayah Kupang. Sedangkan u n t u k wilayah tipe hujan ekuatorial (Solok) hasil yang k u r a n g m e m u a s k a n , seperti yang t e r c a n t u m p a d a G a m b a r 3-1 d a n 3-2 u n t u k wilayah masing-masing
Tabel 3-2: NILAI RMSE, KORELASI (r) VALIDASI MODEL MENURUT METODE REGRESI KOMPONEN UTAMA (PCR)
G a m b a r 3-1 Menunjukkan b a h w a pola h u b u n g a n a n t a r a c u r a h hujan p e n g a m a t a n d a n model di Lampung, J a k a r t a , Ambon, P a d a n g d a n Solok lebih n a m p a k jelas mengikuti pola yang baik a t a u korelasi yang baik pada pola m o n s u n a l , equatorial m a u p u n lokal di k e d u a model, a k a n tetapi u n t u k lokasi Kupang dalam model CGCM pola h u b u n g a n n y a tidak jelas a t a u tidak mengikuti pola h u j a n m o n s u n a l . Ternyata dari k e d u a model mengikuti pola c u r a h hujan yang s a m a u n t u k Indonesia w a l a u p u n b e b e r a p a wilayah yang mewakilinya, kecuali lokasi Kupang. Pada Gambar 3-2 dalam model GCM CSIRO m e n u n j u k k a n b a h w a perbandingan pola c u r a h hujan hasil model dengan pola c u r a h hujan p e n g a m a t a n u n t u k lokasi Kupang tidak m e n u n j u k k a n korelasi yang baik. Curah hujan model dengan c u r a h hujan p e n g a m a t a n hingga sampai s a a t ini masih perlu dikaji d a n menjadi penelitian yang menarik u n t u k penelitian kalangan luar m a u p u n penelitian dalam.
Padang Solok G a m b a r 3-2: Plot a n t a r a d a t a hujan hasil l u a r a n model CSIRO t e r h a d a p
hujan Observasi 6 lokasi 4 KESIMPULAN
Hasil r e d u k s i spasial grid (domain) GCM CGCM3 u n t u k wilayah Indonesia diperoleh 170 grid d a n 594 grid u n t u k GCM CSIRO-Mk3. Reduksi dimensi grid selanjutnya dengan m e n g g u n a k a n analisis komponen u t a m a diperoleh masing-masing 6 - 8 komponen u t a m a u n t u k GCM CGCM3 d a n CSIRO-Mk3 di wilayah Lampung, J a k a r t a , Kupang, Solok, Padang, dan Ambon, hasil validasi l u a r a n k e d u a model GCM tersebut dilokasi penelitian ini memiliki a k u r a s i yang c u k u p tinggi ditunjukkan dengan nilai koefisien korelasi y a n g berkisar a n t a r a 60 % sampai dengan 76 % kecuali Kupang,
dengan total k e r a g a m a n d a t a masing-masing di a t a s 9 0 % . Hasil ini m e n u n j u k k a n b a h w a a n t a r grid terdapat keterkaitan y a n g c u k u p erat d a n saling berinteraksi, k a r e n a h a n y a 6-8 komponen u t a m a m a m p u menjelaskan lebih dari 9 0 % k e r a g a m a n d a t a dari 170 grid d a n 5 9 4 grid. Ternyata dari k e d u a model mengikuti pola c u r a h hujan yang berkorelasi baik u n t u k Indonesia w a l a u p u n b e b e r a p a wilayah y a n g mewakiliriya, kecuali lokasi Kupang tidak s e s u a i d e n g a n pola curah hujan p e n g a m a t a n .
U c a p a n t e r i m a - k a s i h
Terima k a s i h b a n y a k disampaikan k e p a d a Dr. Rizaldi Boer yang telah banyak m e m b e r i k a n p e n g a r a h a n dan m a s u k a n dalam pelaksanaan penelitian ini d a n j u g a p a d a Filla Aulifin K a t a s sebagian analisis d a t a yang dilakukan. DAFTAR RUJUKAN
Giorgi F.t Hewitson B., Christensen J . , Hulme M., Von Strorch H.( Whetton P., J o n e s R., Mearns L., Fu C, 2 0 0 1 . The scientific basis. Contribution of Working Group I to t h e Third Assesment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC.University Press. Cambrige.UK
J h o n , L. M., 1992. The meteorology of Indonesia a n d t h e maritime continent. The 4* ICEAR symposium, 1-7.
Quinn, W.H., Zopf, D.O., Short, K. S., a n d Kuoyang, R. T., 1978. Historical trends and statistics of the Southern Oscillation, El Nifto, and Indonesian droughts. Fisheries Bulletin, 7 6 , 6 6 3 - 6 7 8 .
Suppiah, R., 1994. The Asian monsoons: simulations from four GCMs and likely changes under enhanced greenhouse conditions. In: Climate I m p a c t A s s e s s m e n t Methods for Asia a n d t h e Pacific [Jakeman, A.J. a n d B. Pittock (eds.)l- Proceedings of a regional symposium, organised by ANUTECH Pty. Ltd. on behalf of t h e Australian International Development Assistance Bureau 10-12 March 1993, Canberra, Australia, p p . 7 3 - 7 8 .
The Houw Liong, P. M. Siregar, 2 0 0 6 . Sistem Peringatan Dini Berdasarkan Aktivitas Matahari dalam Seminar Nasional Sains Antariksa IE. (Dalam Proses).
Timbal B., Dufour A., McAvaney B., 2 0 0 3 . An estimate of future climate change for western France using a statistical downscaling technique. Climate Dynamics. 2 0 : 8 0 7 - 8 2 3 .
Yasunari, T., 1 9 8 1 . temporal and Spatial variations of monthly rainfall in Java, Indonesia, S o u t h e a s t Asian Studies. Vol. 19, No. 2, 170-186.
Yasunari, T., 1990a. Inpact of Indian monsoon on the coupled atmosphere/ ocean system in the tropical Pacific. Meteor & Atmos Phy., 4 4 , 2 9 - 4 1 . Yasunari, T., 1990b. Monsoon andENSO-A coupled ocean/land/atmosphere
system. Proc. Int. Sci. Conf. TOGA, J u l y 1990, Honolulu, Hawaii. WMO T D N o . 3 7 9 , 111-120.
