1
ANALISIS PERBANDINGAN DEVIASI ANTARA KOMPONEN H STASIUN BIAK SAAT BADAI GEOMAGNET
Oleh : Anwar Santoso
Staf Peneliti Bidang Aplikasi Geomagnet dan Magnet Antariksa Pusat Pemanfaatan Sains Antariksa – LAPAN
Jln. DR. Djundjunan No. 133 Bandung, Email : anwar@bdg.lapan.go.id
Abstrak – Indeks Dst merupakan indeks aktivitas badai geomagnet di daerah lintang rendah
yang dihitung dari superposisi 4 stasiun yang terletak di sekitar lintang magnet 30-40o dan juga
merupakan gambaran kondisi arus cincin. Saat ini telah banyak model badai geomagnet yang dikembangkan berdasarkan kondisi arus cincin, salah satunya oleh Ballatore-Gonzalez (2003). Saat ini juga direncanakan untuk mengembangkan sebuah model komponen H harian Indonesia merujuk pada metode atau model Ballatore-Gonzales (2003) karena diketahui bahwa indeks Dst diperoleh dari superposisi komponen H lintang rendah. Sebelum menggunakan metode atau model tersebut digunakan, terlebih dahulu dilakukan analisis perbandingan (deviasi) antara komponen H di wilayah Indonesia (stasiun Biak (10.05LS; 208.31BT koordinat magnet) dengan indeks Dst saat pada badai geomagnet tahun 2000-2006. Hasilnya diperoleh bahwa deviasi antara komponen H stasiun Biak dengan indeks Dst sangat kecil atau berimpit harga korelasi rata-rata > 92.29% dan rata-rata deviasi 35.8 nT. Hal ini memberikan argumentasi bahwa model ballatore-Gonzales (2003) patut dipertimbangkan dalam kegiatan pemodelan variasi harian komponen H geomagnet stasiun Biak, terutama pada saat badai geomagnet.
Kata Kunci : Badai Geomagnet, Pola Komponen H geomagnet, Model Dst
1. PENDAHULUAN
Badai geomagnet merupakan fenomena global utama dalam hubungan matahari-bumi yang keberadaannya dapat menyebabkan gangguan dan bahkan menyebabkan kerusakan pada sistem teknologi tinggi cuaca antariksa, diantaranya satelit, peralatan komunikasi HF, navigasi dan trafo jaringan listrik. Selain dapat menyebabkan gangguan, keberadaannya bersifat acak sehingga sulit untuk ditentukan. Namun demikian, keberadaan dan intensitasnya masih dapat dinyatakan dengan indeks Dst untuk daerah lintang rendah. Indeks ini dihitung dari superposisi komponen H medan geomagnet dari 4 stasiun yaitu stasiun Hermanus, Kakioka, Honolulu dan San Juan yang terletak di daerah lintang rendah (< 35o LU/LS lintang magnet). Dalam kegiatan pemodelan tersebut, fenomena badai geomagnet menjadi permasalahan yang sangat sulit untuk dimodelkan. Sementara itu, pemodelan badai geomagnet berbasis indeks Dst saat ini telah banyak dikembangkan. Salah satunya yang telah dikembangkan oleh Ballatore-Gonzales tahun 2003. Merujuk pada realita bahwa indeks Dst diperoleh dari superposisi komponen H maka direncanakan akan mengembangkan model variasi harian komponen H medan geomagnet stasiun Biak menggunakan model badai geomagnet (indeks Dst) Ballatore-Gonzales (2003). Sebelum memutsukan untuk mengadopsi model ini, terlebih dahulu dilakukan studi dan analisis perbandingan deviasi antara komponen H stasiun Biak dengan indeks Dst. Tujuannya untuk mendapatkan keyakinan bahwa model badai geomagnet layak /
Seminar Nasional Statistika IX
2
patut dipertimbangkan untuk diadopsi sebagai model harian komponen H medan geomagnet stasiun Biak bersamaan dengan model hari tenang yang telah dikembangkan oleh McPherron (2005).
2. LANDASAN PUSTAKA
McPherron (2005) menyatakan bahwa medan geomagnet harian yang terukur di suatu tempat merupakan medan gabungan antara medan magnet internal dan medan magnet eksternal yang dapat dituliskan sebagai berikut,
H(t) = HSQ(t) + Ho(t)+ ∆H(t) (2- 1)
Dengan,
H(t) : medan geomagnet harian terukur oleh magnetometer di suatu tempat HSq(t) : medan magnet akibat efek dynamo di ionosfer
Ho(t) : medan magnet sekuler dari variasi utama
Untuk periode pendek (diurnal) maka variasi sekular medan geomagnet (Ho(t))
diasumsikan tidak berubah atau konstan dan dapat diabaikan sehingga persamaan (2-1) dapat ditulis menjadi,
H(t) = HSQ(t) + ∆H(t) (2 - 2)
∆H(t) = H(t) - HSQ(t) (2 - 3)
Persamaan (2-2) dan (2-3) menyatakan gangguan komponen H medan geomagnet pada satu lokasi stasiun pengamatan. Untuk beberapa lokasi stasiun pengamatan maka persamaan-persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai,
H(i)(t) = H(i)SQ(t) + ∆H(i)(t) (2 - 4A)
∆H(i)
(t) = H(i)(t) - H(i)SQ(t) (2 - 4B)
Dengan i : jumlah stasiun yang mengukur medan geomagnet
Persamaan (2-4A) dan (2-4B) merupakan dasar untuk menghitung indeks Dst dengan (i) merupakan stasiun-stasiun pengamat geomagnet di sekitar lintang < 45o LU/LS lintang magnet, seperti ditunjukkan pada Tabel 2-1.
Tabel 2-1. Daftar Stasiun Geomagnet untuk indeks Dst (sumber http://www.kugi.kyoto-u.ac.jp)
No Nama Stasiun Geografis Lintang
magnetik
Bujur (BT) Lintang
1 Hermanus (Afsel) 19.22o -34.40o -33.3o
2 Kakioka (Jepang) 140.18o 36.23o 26.0o
3 Honolulu (USA) 201.98o 21.32o 21.1o
4 San Juan (USA) 293.88o 18.38o 29.9o
Dengan merata-ratakan harga ∆H(i)(t) dari ke – 4 stasiun pada Tabel 2-1 di atas (
H
i(t
)
maka akan diperoleh harga indeks Dst (McPherron, 2005).3
3. DATA DAN METODOLOGI
Data yang digunakan adalah komponen H jam-an dari stasiun stasiun Biak (10.05LS; 208.31BT koordinat magnet), indeks Dst tahun 2000-2006 untuk mendeteksi kejadian badai geomagnet. Untuk menganalisis perbandingan deviasi antara komponen H stasiun Biak digunakan analisis korelasi dan deviasi.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil identifikasi menggunakan indeks Dst tahun 2000-2006 terpilih 15 kejadian badai geomagnet sedang sampai kuat yang akan digunakan sebagai bahan analisis. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4-1.
Tabel 4-1. Daftar kejadian badai geomagnet besar sepanjang tahun 2000 – 2006
(http://umtof.umd.edu/pm/ FIGS.HTML)
No Tanggal Kejadian Badai Geomagnet Intensitas (nT) 1 15 Juli 2000 -330 2 10 Nopember 2000 -96 3 31 Maret 2001 -398 4 6 Nopember 2001 -300 5 24 Nopember 2001 -234 6 8 September 2002 -198 nT 7 17-20 April 2002 -151 nT 8 23 Mei 2002 -120 nT 9 17 Juni 2003 -158 nT 10 29-31 Oktober 2003 -388 nT 11 22 Januari 2004 -149 nT 12 22 Juli 2004 -197 nT 13 7 Nopember 2004 -373 nT 14 23-28 Agustus 2005 -216 nT 15 17-23 Agustus 2006 -71 nT
Hasil ploting terhadap indeks Dst dan komponen H stasiun Biak pada masing-masing kejadian badai geomagnet ditunjukkan sebagai berikut,
4
Gambar 4-2. (Kiri) Plot indeks Dst dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2000,
(Kanan) korelasi antara pola indeks Dst dengan komponen H stasiun Biak 15 Juli dan 10 Nopember 2000
Gambar 4-3. (Kiri) Plot indeks Dst dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2000,
(Kanan) korelasi antara pola indeks Dst dengan komponen H stasiun Biak pada tanggal 31 Maret, 6 Nopember dan 24 Nopember 2001
Korelasi Pola Indeks Dst dengan Komponen H stasiun Biak Tanggal 14-17 Juli 2000 y = 0.8449x + 15.958 R2 = 0.8218 -300 -275 -250 -225 -200 -175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 50 75 -325 -300 -275 -250 -225 -200 -175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 Dst(nT) H (n T )
Pola Indeks Dst, Komponen H stasiun Biak dan stasiun Tangerang Tanggal 14-17 Juli 2000 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 0 4 8121620242832364044485256606468727680848892 UT nT Dst HTNG HBIK
Pola Indeks Dst, Komponen H stasiun Tangerang dan stasiun Biak Tanggal 8-11 Nopember 2000 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 0 4 8121620242832364044485256606468727680848892 UT nT Dst HTNG HBIK
Korelasi Pola Indeks Dst dengan Komponen H stasiun Biak Tanggal 8-11 Nopember 2000 y = 1.2919x + 48.803 R2 = 0.4539 -100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 Dst(nT) H (n T )
Pola Indeks Dst, Komponen H stasiun Biak dan stasiun Tangerang Tanggal 29 Maret-1 April 2001
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 0 4 8121620242832364044485256606468727680848892 UT nT Dst HTNG HBIK
Korelasi Pola Indeks Dst dengan Komponen H stasiun Biak Tanggal 29 Mar-1 Apr 2001
y = 0.9361x + 41.204 R2 = 0.8459 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 -400-375-350-325-300-275-250-225-200-175-150-125-100 -75 -50 -25 0 25 50 Dst(nT) H (n T )
Pola Indeks Dst, Komponen H stasiun Biak dan stasiun Tangerang Tanggal 4-7 Nopember 2001 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 0 4 8121620242832364044485256606468727680848892 UT nT Dst HTNG HBIK
Korelasi Pola Indeks Dst dengan Komponen H stasiun Biak Tanggal 4-7 Nopember 2001 y = 0.702x + 32.61 R2 = 0.8011 -200 -175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100 125 -300 -275 -250 -225 -200 -175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 Dst(nT) H (n T )
Pola Indeks Dst, Kompone n H stasiun Biak da n stasiun Ta ngerang Ta ngga l 22-25 Nopembe r 2001 -300 -200 -100 0 100 200 300 0 4 8121620242832364044485256606468727680848892 UT nT Dst HTNG HBIK
Korelasi Pola Indeks Dst dengan Komponen H stasiun Biak Tanggal 22-25 Nopember 2001 y = 0.7988x + 28.4 R2 = 0.8473 -200 -175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100 -200 -175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 Dst(nT) H (n T)
5
Gambar 4-4. (Kiri) Plot indeks Dst dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2000, (Kanan) korelasi antara pola indeks Dst dengan komponen H stasiun Biak pada tanggal 17-20 April 17-2002
Gambar 4-5. (Kiri) Plot indeks Dst dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2000, (Kanan) korelasi antara pola indeks Dst dengan komponen H stasiun Biak pada tanggal 29-30 Oktober 2003
Korelasi Antara DH dan Dst Tanggal 17-20 April 2002
y = 0.8608x - 14.682 R2 = 0.6517 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 -200 -150 -100 -50 0 50 DH D st
Pola Dst dan DH Biak Tanggal 17-20 April 2002
-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 0 20 40 60 80 100 UT nT DH Dst
Pola Dst dan DH Biak Tanggal 29-30 Oktober 2003
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 0 10 20 30 40 50 UT nT 29-30Okt03Dst
Korelasi antara Dst dan DH Biak Tanggal 29-30 Oktober 2003
y = 1.0082x - 159.25 R2 = 0.8643 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 DH D st
6
Gambar 4-6. (Kiri) Plot indeks Dst dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2000, (Kanan) korelasi antara pola indeks Dst dengan komponen H stasiun Biak pada tanggal 22 Januari 2004, 23 Juli 2004, 30 Agustus 2004 dan 7 Nopember 2004.
Gambar 4-7. (Kiri) Plot indeks Dst dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2000, (Kanan) korelasi antara pola indeks Dst dengan komponen H stasiun Biak pada tanggal 23 Juni dan 23 Agustus 2005.
Pola Variasi Dst dan Komponen H Stasiun Biak 22 Januari 2004
-200 -150 -100 -50 0 50 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 1213141516 17181920 212223 UT nT DstDH
Pola Korelasi antara Dst dengan H stasiun Biak 22 Januari 2004 y = 0.9236x + 21.155
R2 = 0.907 -200 -150 -100 -50 0 50 100 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 Dst H B IK DH Linear (DH)
Pola Variasi Dst dan Komponen H stasiun Biak 16-30 Juli 2004
-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 UT nT DstDH
Pola Variasi Dst dan Komponen H stasiun Biak 29-31 Agustus 2004
-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 UT nT Dst DH
Pola Variasi Dst dan Komponen H stasiun Biak 6-11 Nopember 2004
-400 -300 -200 -100 0 100 200 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 UT nT Dst DH
Pola Korelasi Antara Dst dan Komponen H Biak 16-30 Juli 2004 y = 1.0624x - 1.885
R2 = 0.9099 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 Dst DH DHLinear (DH)
Pola Korelasi Dst dan Komponen H stasiun Biak 29-31 Agustus 2004 y = 0.852x + 8.0369 R2 = 0.7503 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 Dst H DH Linear (DH)
Pola Korelasi Dst dan Komponen H stasiun Biak 6-11 nopember 2004
y = 1.0713x + 40.445 R2 = 0.9672 -400 -300 -200 -100 0 100 200 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 DH Linear (DH)
Keterkaitan Pola Antara Dst dan H Biak Tanggal 21 - 26 Juni 2008
-160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 UT nT Ds t HBIK
Keterkaitan Pola Dst dan H Biak Tanggal 23 s/d 28 Agustus 2005
-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 UT nT Ds tHBIK
Pola Distribusi Korelasi antara Dst dan H Biak 21 - 26 Juni 2005
y = 1.215x + 14.712 R2 = 0.8793 -160.0 -140.0 -120.0 -100.0 -80.0 -60.0 -40.0 -20.0 0.0 20.0 40.0 60.0 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 HBIK D st
Pola Distribusi Korelasi antara Dst dan H Biak 23 - 28 Agt 2005
y = 1.1381x + 18.461 R2 = 0.9344 -300.0 -250.0 -200.0 -150.0 -100.0 -50.0 0.0 50.0 100.0 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 HBIK D st
7
Gambar 4-8. (Kiri) Plot indeks Dst dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2000, (Kanan) korelasi antara pola indeks Dst dengan komponen H stasiun Biak pada tanggal 19-20 Agustus 19-2006.
Identifikasi terhadap Gambar 4-2 sampai Gambar 4-8 secara visual tampak bahwa pola komponen H stasiun stasiun Biak cukup berimpit dengan indeks Dst pada saat badai geomagnet. Atau dengan kata lain, deviasi antara komponen H dan indeks Dst saat badai geomagnet relatif kecil. Analisis korelasi terhadap Gambar 4-2 sampai Gambar 4-8 mempertegas fenomena bahwa deviasi antara komponen H stasiun Biak dengan indeks Dst memang sangat berimpit. Harga korelasinya rata-rata > 92%, seperti dapat dilihat pada Tabel 4-2.
Tabel 4-2. Daftar harga korelasi dan deviasi antara komponen H stasiun Biak dan indeks Dst saat
badai geomagnet No Tanggal Badai geomagnet Korelasi (%) Deviasi Dst_HBIK (nT) Depresi Maksimum DstMin HBIKMin 1 15 Juli 2000 92.71 29.4 -301 -279.1 2 10 Nopember 2000 92.33 34.2 -96 -96.2 3 31 Maret 2001 91.55 57.8 -387 -362.8 4 6 Nopember 2001 94.04 65.9 -292 -161.6 5 24 Nopember 2001 93.84 54.8 -221 -165.1 6 8 September 2002 93.28 38.8 -198 -185.1 7 17-20 April 2002 80.73 60.1 -151 -158.4 8 23 Mei 2002 92.25 35.1 -120 -106.2 9 17 Juni 2003 84.62 56.1 -158 -145.5 10 29-31 Oktober 2003 92.97 33.1 -388 -265.5 11 22 Januari 2004 95.24 25.6 -149 -153.6 12 16-30 Juli 2004 95.39 -4.7 -197 -239.1 13 7 Nopember 2004 98.35 33 -373 -360.2 14 23-28 Agustus 2005 96.66 15.9 -216 -280.2 15 17-23 Agustus 2006 90.42 1.4 -71 -60.2 RATA-RATA 92.29 35.8
Keterangan terhadap notasi Deviasi Dst_HBIK (nT) adalah selisih antara komponen H stasiun Biak terhadap indeks Dst dalam satuan nano tesla (nT).
Dari Tabel 4-2 terlihat bahwa rata-rata korelasi antara komponen H stasiun Biak dan indeks Dst pada saat badai geomagnet adalah 92.29 % dengan deviasi rata-rata sebesar 35.8 nT. Hasil ini menunjukkan bahwa perbedaan pola (deviasi) antara komponen H stasiun Biak dan indeks Dst pada saat badai geomagnet cukup kecil atau dengan kata lain sangat berimpit. Hasil ini sekaligus juga memberikan
Pola Variasi dan Gangguan Komponen H stasiun Biak dan Indeks Dst Tanggal 17-23 Agustus 2006 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 0 24 48 72 96 120 144 168 UT nT DelH Dst HBIK
Korelasi antara pola Gangguan Komponen H stasiun Biak dan Indeks Dst Tanggal 17-23 Agustus 2006 y = 0.921x - 2.5938 R2 = 0.8176 -80 -60 -40 -20 0 20 40 -80 -60 -40 -20 0 20 40 HBIK D st
8
argumen, bahwa model badai geomagnet yang telah dikembangkan oleh Ballatore-Gonzales patut dipertimbangkan untuk diadopsi sebagai model gangguan komponen H stasiun Biak. Kondisi ini dipertegas dengan kecilnya harga rata-rata deviasi antara minimum komponen H dan Dst saat fase utama badai geomagnet yaitu sebesar 20 nT.
5. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari pembahasan hasil di atas adalah perbedaan (deviasi) antara komponen H stasiun Biak dan indeks Dst pada saat badai geomagnet sangat kecil. Bahkan bisa dikatakan relatif berimpit. Hal ini dibuktikan dengan harga korelasi rata-rata = 92.29 % dan rata-rata deviasinya = 35.8 nT.
Dengan hasil ini, patut dipertimbangkan untuk memanfaatkan model Ballatore-Gonzales (2003) dalam kegiatan pemodelan variasi harian komponen H medan geomagnet di stasiun Biak.
DAFTAR PUSTAKA
Ballatore P and W. D., Gonzales, 2003, On the estimates of ring current injection and decay, Earth Planet Space, 55, 427-435.
http://www.kugi.kyoto-u.ac.jp, WDC C2 for geomagnetic data center
http://umtof.umd.edu/pm/ FIGS.HTML, world data center for X-ray solar images : Flare and CME
events
http://omniweb.gsfc.nasa.gov /cgi/nx1.cgi, world data center for geomagnetic and solar data
http://cdaw.gsfc.nasa.gov/CME_list/, world data center for CME events list
Gonzales W. D. and Tsurutani B. T., 1987, Criteria of interplanetary parameters causing intense
magnetic storms (Dst < -100nT), Planet Space Scie., 35, 1101-1109.
Gosling J. T., McComas D. J, Phillips J. L. And Bame S. J., 1991, Geomagnetic activity associated with Earth passage of interplanetary shock disturbances and coronal mass ejections, J. Geophys. Res., 96, 7831-7839
R. L. McPherron, 2005, Calculation of The Dst Index, Presentation at LWS CDAW Workshop Fairfax, Virginia, March 14-16
Sugiura M. and Chapman S., 1960, The average morphology of geomagnetic storms with sudden
commencement, Abh. Akad. Wiss. Gottingen, math. Phys., K1., Sonderheft, Spec. Issue 4,
