Gangguan Frekuensi fof2 Ionofser dari Matahari dan Geomagnetik

Transkripsi

1 166 Slamet Syamsuin /Gangguan Frekuensi fof2 Ionofser ari Matahari an Geomagnetik Gangguan Frekuensi fof2 Ionofser ari Matahari an Geomagnetik Slamet Syamsuin Pusat Sains Antarksa LAPAN Jl. Dr. Junjunan 133, Banung 4173 Abstrak- Frekuensi fof2 lapisan F2 ionosfer ipengaruhi oleh beberapa parameter fisis, yaitu sunspot matahari alam bentuk bilangan sunspot (R) an geomagnetik berupa K ineks. Moel matematis antara frekuensi fof2 an parameter iatas belum aa rumusannya, tetapi bentuk turunan ari fof2 yaitu faktor esil ( F ) merupakan gambaran tingkat gangguan paa lapisan F2 ionosfer, faktor esil merupakan angka perbaningan antara ata esil bawah x l engan meian M ata yang inyatakan engan F = x 1/M. Jika faktor esil menuju satu maka harga esil paa istribusi fof2 menekati harga meiannya engan perkataan lain istribusi fof2 berkumpul paa titik pusat ini berarti bahwa variasi ata fof2 kecil an apat isimpulkan tingkat gangguan paa lapisan F2 ionosfer juga kecil, sebaliknya jika F jauh lebih kecil ari 1 maka variasi frekuensi fof2 aalah besar. Dengan moel faktor esil sebagai fungsi bilangan sunspot (R) an inek K geomagnet alam bentuk regresi multivariat [2], fof2 an ata K inek geomagnetik serta metoe prinsip asar terkecil maka kta bisa menentukan tingkat gangguan paa frekuensi fof2 lapisan F2 ionosfer. Kata kunci : ionosfer, sunspot, geomagnet, esil Abstract - The frequency of fof2 in ionosphere layer is influence by some physical parameter, i.e.the sunspot in the form of sunspot number (R) an geomagnetic K inex. There has not been the mathematical moel between fof2 frequency an the parameter, but the erivation form of fof2, esil factor ( F ), is the escription of fof2 ionosphere layer isturbance level towars F2 layer ionosphere. Desil factor is the comparation number between lower esil ata x1 with meian M ata which is state with F = x 1/M. If the esil factor goes in the irection of 1, therefore the esil value in the istribution of fof2 approaches its meian value. In other wor, the istribution of fof2 gathers in the central point which means that ata variation fof2 is small too. When F is much smaller than 1, so the frequency variation of fof2 means big. By using esil factor moel as the factor of sunspot number (R) an geomagnetic K inex in the form of multi-varie regression [2], fof2 ata, geomagnetic K inex ata an the RMS ( Root Mean Square) basic principle metho, the isturbance level in fof2 frequency F2 ionosphere layer can etermine. Key worl : ionosphere, sunspot, geomagnetic, esil I. PENDAHULUAN Aanya hubungan linier antara fof2 sebagai fungsi bilangan sunspot [1], kemuian secara teori pemoelan ikembangkan untuk beberapa peubah satu engan lainnya inyatakan alam bentuk regresi multivariate [2], yang merupakan solusi paa makalah ini yaitu imoelkan hubungan matematis faktor esil sebagai fungsi ari bilangan sunspot an K ineks. Bahwa faktor esil merupakan ata turunan ari ata fof2 yaitu frekuensi kritis lapisan F2 [3]. Dalam pemoelan ini secara teori apat beberapa peubah lainnya sehingga iperoleh moel faktor esil yang representatip tetapi oleh karena keterbatasan ata yang terseia keua parameter tersebut yaitu bilangan sunspot (R) an K inek cukup mewakili moel yang sebenarnya. Paa kasus ini harus iketahui bahwa moel yang iperoleh merupakan penyeerhanaan an abstraksi ari keaaan alam sesungguhnya alam hal ini mekanisme terjainya lapisan F2 yang cukup komplek ibentuk yang isajikan sebagai fungsi regresi engan ua peubah bebas.( ata yang igunakan). Hasil yang iperoleh alam hal ini aalah suatu tabel yang apat igunakan untuk mempreiksi harga faktor esil an secara hariafiah tabel tersebut apat igunakan Prosiing Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo 14 April 212

2 Slamet Syamsuin /Gangguan Frekuensi fof2 Ionofser ari Matahari an Geomagnetik 167 untuk melihat tingkat vaiasi ata alam waktuwaktu tertentu alam sebulan pengamatan. Selanjutnya tabel hasil preiksi faktor esil ( F ) tesebut apat igunakan untuk memperbaiki kualitas komunikasi HF setelah itinjau aanya gangguan terhaap frekuensi fof2. Simulasi engan menggunakan basis ata faktor esil, K inek an bilangan sunspot R.,engan menggunakan ata fof2, bilangan sunspot an K inek ari stasiun pengamat irgantara Sumeang, Watukosek an Tangerang selama 5 tahun ( ). II. METODE PERHITUNGAN A. Persamaan Regresi Penentuan moel faktor esil alam penelitian ini yang igunakan aalah engan meregresikan parameter ini sebagai fungsi ari bilangan sunspot (SSN) an K ineks yang alam rumusan matematis inyatakan sebagai berikut : F =β +β SSN+β K. (1) 1 2 F = Faktor esil, SSN = Sunspot Number an K = K ineks ( Tingkat gangguan geomagnit ) Mekanisme perhitungan mencari konstanta persamaan regresi aalah sebagai berikut T T X X b = X Y (2) [ ] T b = β, β, β, L 1 Kin [] K [1] K [2] L K [n 1] T X = SSN [] SSN [1] SSN [2] L SSN [n 1] Y 1 SSN() K () 1 SSN (1) K (1) X = 1 SSN (2) K (2) M M M 1 SSN(n 1) K (n 1) T T = [ F () F (1) L F (n ) ] X = Normal transpose [ ][ ] Ukuran baris = Banyak variabel bebas (K, SSN) + 1 an Ukuran kolom = Banyaknya vektor variabel bebas ( banyak ata pengamatan ) Moel faktor esil sebagai fungsi ari bilangan sunspot an K ineks ari rumusan iatas perlu itafsirkan yaitu ari koefisien persamaan (1) engan menggunakan ata yang terseia. Untuk menafsirkan koefisien regresi yang terbentuk, perlu iperhatikan beberapa hal yaitu skala yang igunakan paa masing masing variabel yaitu faktor esil, bilangan sunspot an Kineks, bentuk peubah yang ikalikan engan suatu koefisien, peubah apa saja yang aa alam moel, peubah yang tiak masuk kealam moel, metoa yang igunakan alam mencari kecocokan antara moel engan ata an rentangan ata. Untuk hal ini perlu ilakukan suatu pembakuan yaitu engan mengurangi setiap peubah engan rataan an kemuian membagi selisih tersebut engan simpangan bakunya yaitu (3) SSN SSN K K F F SSN =, K =, F = * i i * i i * i i i i SSSN SK S F peubahbaruinimemenuhi * * * * * * SSN = K = F =, an SSSN = SK = S F = 1 Jika hal ini ikerjakan maka moel persamaan (1) * * * * * menjai ˆF =β 1 SSN +β 2 K (4) an hasilnya seperti paa tabel 3. Tabel 1. Persamaan regresi ari persamaan (1) Persamaan Regresi. F SSN.554Kin Range K SSN = + [ 1.6,1.84 ] [ 3.23,114.1] = + [ 1.35, 2.23 ] [ 3.23,114.1] = + [ 1.3,1.97 ] [ 3.23,114.1] = + [ 1.6,1.94 ] [ 3.23,114.1] = + + [.81, 2.13 ] [ 3.23,114.1] = + + [ 1.6, 2.19 ] [ 3.23,114.1] = [.77,1.87 ] [ 3.23,114.1] = [.65,1.68 ] [ 3.23,114.1] 3. F SSN.12277Kin 6. F SSN.1472 Kin 9. F SSN.2818 Kin 12. F SSN.651Kin 15. F SSN.1596 Kin 18. F SSN.3664 Kin 21. F SSN.275 Kin B. Korelasi Parsial Korelasi seerhana r hanya iefinisikan untuk ua peubah. Jika terapat lebih ari ua peubah yang saling berkaitan maka gambaran yang iperoleh ari r ( harga koefisien korelasi ) mungkin menyesatkan. Jika variabel yang igunakan alam perhitungan regresi hanya ua buah seangkan masih terapat variabel yang lain yang berkaitan engan keua variabel semula maka perhitungan korelasi yang iperoleh aalah semu karena tiak menggambarkan hubungan yang sesungguhnya atau hubungan langsung antara keua peubah. Selanjutnya akan iefinsikan perhitungan korelasi antara ua peubah engan mengontrol peubah lainnya yang isebut engan korelasi parsial [4]. Misalkan X,Y an Z tiga peubah, korelasi parsial antara X an Y jika Z ikontrol iefinisikan sebagai Prosiing Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo 14 April 212

3 168 Slamet Syamsuin /Gangguan Frekuensi fof2 Ionofser ari Matahari an Geomagnetik rxy r XZ.rYZ rxy.z =. (5) 1 r2xz 1 ryzy Lambang Z ibelakang titik paa lambang korelasi parsial menyatakan bahwa peubah Z yang ikontrol (pengaruhnya telah ikeluarkan). Dalam lambang r XY.Z pengaruh Z paa X any tiak lagi icemari oleh Z hasilnya (Tabel 2 ). III. HASIL DAN PEMBAHASAN Dengan menggunakan ata fof2, SSN an K ineks ari stasiun pengamat irgantara Sumeang, Watukosek an Tangerang untuk bulan Januari iperoleh hasil (Tabel 1):Persamaan regresi ari persamaan (1) Parameter moel faktor esil paa tabel 1, yaitu faktor esil, bilangan sunsspot (SSN) an K ineks berasal ari populasi yang berbea sehingga interpretasi perilaku respons yaitu faktor esil sebagai akibat ari perubahan parameter bilangan sunspot an K ineks secara langsung ari koefiesien terkait paa persamaan (1) tiak apat ianalisis jai perlu pembakuan imensi ketiga parameter tersebut yang ihitung engan menggunakan xi x t rumusan xbaku = (6) sx persamaan (6) iperoleh persamaan regresi yang ibakukan seperti paa tabel 3. Moel regresi paa tabel 1 selanjutnya igunakan untuk mempreiksi faktor esil. Seperti yang telah iketahui bahwa ata pengamatan K ineks an SSN emikian juga engan faktor esil aalah bilangan real tiak negatip tetapi engan pembakuan ata engan menggunakan persamaan (1) iatas ata-ata K ineks an SSN emikian juga engan faktor esil apat menjai bilangan negatip oleh karena xi < x, Sxselalu lebih besar atau sama engan nol. Jai persamaan regresi yang iperoleh ari pembakuan ata engan menggunakan persamaan (1) iatas hanya igunakan untuk menafsirkan pengaruh variabel bebas terhaap terbentuknya respon alam hal ini aalah faktor esil.tetapi tiak apat igunakan untuk menghitung faktor esil yang sebenarnya oleh karena telah ilakukan transformasi ata. Dari Table 1 iatas apat ilihat bahwa imulai ari pukul 18. sampai engan sebelum pukul 3. pengaruh bilangan sunspot terhaap faktor esil aalah engan tiak aktipnya matahari yaitu faktor bilangan sunspot akan membuat faktor esil menjai membesar yaitu homogenitas fof2 paa perioa ini cukup tinggi. Tabel 2. Korelasi an korelasi parsial antara F,SSNanK paa persamaan (5) Korelasi Korelasi Parsial F SSN F. SSN.16.3 K in SSN.36.2 K in SSN.6.58 K in SSN K in SSN K in SSN K in SSN K in SSN K in Tabel 3. Persamaan regresi yang telah ibakukan.ari persamaan (4) Persamaan Regresi. F =.284 SSN.51 Kin 3. F =.165 SSN.591 Kin 6. F =.576 SSN.123 Kin 9. F =.498 SSN.215 Kin 12. F =.648 SSN.157 Kin 15. F =.911 SSN Kin 18. F =.279SSN.213 Kin 21. F =.484 SSN.21Kin Pembahasan moel regresi an korelasi. Analisis perilaku faktor esil atau fof2 yang iakibatkan oleh bilangan sunspot an K ineks ilakukan berasarkan kelompok waktu engan menggunakan hasil perhitungan moel regresi yang ibakukan an koefisien korelasi an korelasi parsial antar parameter yaitu faktor esil an bilangan sunspot emikian juga antara faktor esil an K ineks iperoleh 3 kelompok waktu sebagai berikut. Prosiing Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo 14 April 212

4 Slamet Syamsuin /Gangguan Frekuensi fof2 Ionofser ari Matahari an Geomagnetik Kelompok jam 18. s/. Dari moel regresi (Tabel 3 ) imana parameter terkait telah ibakukan untuk kelompok jam ini emikian juga ari perhitungan korelasi maupun korelasi parsial (Tabel 2) terlihat bahwa koefisien bilangan sunspot an K ineks aalah negatip an harga absolutnya kecil artinya jika pengaruh ari bilangan sunspot an K ineks aalah saling berlawanan artinya aktivitas matahari cenerung untuk mengurangi terbentuknya fof2 emikian juga engan K ineks hal ini berarti bahwa variasi fof2 variasinya relatip mengecil hal ini isebabkan secara fisis bahwa fof2 relatip tiak bervariasi matahari tiak aktip engan emikian harga faktor esil yang iperoleh ari perhitungan an ari ata pengamatan relatip kecil yang berarti frekuensi komunikasi HF apat ipreiksi secara akurat. Selanjutnya faktor esil atau fof2 ianalisis ari grafik bahwa koefisien korelasi an korelasi parsial ( Gambar 1 ) paa kelompok jam ini keua harga tiak jauh berbea emikian juga tren keua grafik artinya bahwa pengaruh K ineks relatip kecil ibaningkan engan faktor bilangan sunspot terhaap terbentuknya fof2 atau faktor esil 2. Kelompok jam 3. s/ jam 9. Dari moel regresi (Tabel 3 ) yang ibakukan terlihat bahwa koefisien ari SSN paa moel untuk jam 3. aalah positip, kecil ini berarti bahwa pengaruh SSN terhaap fof2/faktor esil kecil juga karena paa saat-saat ini matahari belum aktip koefisien SSN selanjutnya relatip besar paa jam (Gambar 1) oleh karena matahari paa saat ini mulai aktip jai faktor SSN terhaap terbentuknya fof2/faktor esil mulai membesar. Dilain pihak koefisien ari K-Ineks aalah negatip an relatip kecil hal ini pengaruh ari parameter ini meniaakan terbentuknya fof2 / faktor esil Selanjutnya jika ianalisis ari grafik koefisien korelasi atau parsial pengaruh bilangan sunspot terhaap terbentuknya fof2 relatip kecil an merupakan fungsi monoton naik (Gambar 1) an pengaruh ini imulai ari harga yang negatip yaitu meniaakan fof2 kemuian berubah secara perlahan menuju pengaruh yang posisp an mencapai puncaknya sekitar jam 1.. r ( F, SSN ) r ( F, SSN. K in ) Koefisien korelasi antara F an SSN Koefisien korelasi parsial F an SSN Gambar 1. Koefisien korelasi an korelasi parsial faktor esil ( F ) an bilangan sunspot (SSN). 3. Kelompok jam 1. an 15. Dari moel regrasi yang (Tabel 3 ) ibakukan terlihat bahwa koefisien bilangan sunspot aalah positip, relatip besar ( > 5% ) an K inesk relatip kecil ( ±1 %) (Tabel 3) hal ini berarti bahwa pembentukan ari fof2 an fakor esil berasarkan moel yang iperoleh pengaruh bilangan sunspot sangat ominan ibaningkan engan K ineks hal ini isebabkan karena matahari aktip paa interval waktu ini an pengaruh ari K ineks kecil ( Gambar 2 ) isebabkan karena Inonesia terletak paa lintang renah jai pengaruh K ineks terhaap terbentuknya fof2 relatip kecil. Selanjutnya jika ibaningkan engan grafik koefisien korelasi an korelasi parsial terlihat bahwa korelasi bilangan sunspot engan fof2 atau faktor esil monoton naik imulai ari pukul 1. an korelasi ini mencapi pucaknya sekitar jam 14. an 15. emikian juga pengaruh K ineks terhaap fof2 atau faktor esil tetapi sekitar jam 1. pengaruh K ineks cenerung untuk meniaakan besaran fof2 atau jai faktor yang paling berpengaruh terhaap Prosiing Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo 14 April 212

5 17 Slamet Syamsuin /Gangguan Frekuensi fof2 Ionofser ari Matahari an Geomagnetik terbentuknya fof2 atau faktor esil paa kelompokjam ini aalah bilangan sunspot. r ( F, K in ) r ( F, K SSN ) Koefisien korelasi antara F an K Koefisien korelasi parsial F an K Gambar 2. Koefisien Korelasi an koefisien partial antara Faktor esil ( F ) an Kin IV. ANALALIS RANGE DARI SSN DAN K INDEKS PADA MODEL Range aomain ari SSN aalah cukup bear ore ratusan seangkan K ineks aalah kecil yaitu ore satu ( K ineks 9 ) berasarkan moel yang igunakan apat ilihat bahwa pengaruh SSN terhaap terbentuknya faktor esil aalah sangat ominan ibaningkan engan K ineks hal ini menyebabkan jika aktivitas matahari sangat bervariasi ( cukup besar ) maka variasi ari fof2 cukup besar an jika variasi matahari kecil maka variasi ari fof2 juga kecil. Alasan apat igunakan aalah pola ata selama tahunan i tabulasi alam suatu grafik fungsi alam hal ini faktor esil sebagai fungsi K ineks an SSN alam hal ini grafik yang iperoleh ilakukan engan menggunakan kesalahan terkecil ari fungsi-fungsi linier yang mungkin an range variabel pembentuk moel alam hal ini K ineks an SSN itentukan selama kurun waktu yang panjang ari ata pengamatan [3]. Sebagai batasan penggunanan moel yang iperoleh untuk preiksi faktor esil aalah jika ata K ineks an bilangan sunspot terletak alam range yang itentukan maka hasil yang iperoleh aalah signifikan. Sebaliknya jika ata K ineks atau SSN terletak iluar range yang itentukan maka harus i analisis berapa jauh jaraknya iluar range variabel yang iperoleh. Dan berkaitan engan up ate ( pembaharuan ) koefisien moel aalah engan menggunakan prinsip sebagai berikut. Misalkan X aalah kumpulan ata pengamatan pembentuk moel an Y aalah kumpulan ata pengamatan selanjutnya yang telah iperoleh. Maka iperlukan uji untuk menyatakan apakah X an Y berbea yaitu engan menggunakan uji hipotesa rata-rata X an Y telah bebea emikian juga engan variasi keua kumpulan ata ini. Jika keuanya ipenuhi maka koefisien moel harus iperbaiki engan menyertakan kumpulan ata Y yang baru. V. KESIMPULAN 1. Terbentuknya fof2 atau faktor esil sangat ipengaruhi oleh aktivitas matahari yaitu SSN, seangkan pengaruh K ineks relatif kecil. 2. Korelasi fof2/ faktor esil engan SSN, atau korelasi fof2/faktor esil engan K ineks mencapai harga maksimum terjai paa selang jam Pengaruh SSN terhaap faktor esil tiak berubah paa selang interval waktu jam Preiksi gangguan fof2 apat ilakukan engan menggunakan moel regresi paa tabel 1. UCAPAN TERIMAKASIH Terima kasih saya sampaikan kepaa instansi Lembaga Penerbagan Antariksa Nasional (LAPAN), yang telah memberikan ana an ata : ionosfer, Kinek an sunspot matahari an teman sejawat Drs. Datmalem Tarigan yang membantu alam analisa ata an pemrograman menggunakan C++. PUSTAKA [1]. Fox M.W & Wilkinson P.J., A Stuy of OWF Conversion Faktor in the Australian Region, IPS RADIO AND SPACE SERVICES, [2]. THOMPSON R.J., IONOSPHERIC VARIABILITY IN THE AUSTRALIAN REGION, IPS RADIO AND SPACE SERVICES.,199. [3]. Ostrow S. M., THE MONTHLY STATISTICAL DISTRIBUTION OF fof2 AND M(3)F2, National Bureau of Stanars, Bouler, Colorao, [4]. Sembirimg R. K, Analisis Regresi, Penerbit ITB., Prosiing Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo 14 April 212

6 Slamet Syamsuin /Gangguan Frekuensi fof2 Ionofser ari Matahari an Geomagnetik 171 TANYA JAWAB Friansyah Virgo, UGM? Bisa ijelaskan pengaruh geomagnet terhaap perubahan Frekuensi i Ionosfer.? Jika terjai baai magnet, apakah persamaan yang igunakan masih berlaku? Bagaimana menginterprestasikannya? Slamet Syamsuin, LAPAN Geomagnet target berpengaruh sekali paa frekuensi jika kita tinjau paa perubahan faktor esilnya. Jika terjai baai magnetik ionosfer mengalami keluar atau out (hilang) komunikasi, artinya lapisan ionosfer fof 2 hilang. Anonim? Apa yang membeakan F an K ineks untuk waktu yang berbea? Pengaruh F an Kineks paa kehiupan Slamet Syamsuin, LAPAN Untuk waktu yang berbea F (faktor esil) an k ineks juga berbea. Penelitian kami paa biang ionosfer an telekomunikasi jai F (faktor esil) akan mempengaruhi frekuensi fof 2 yang merupakan lapisan pemantul paa sistem komunikasi HF. Prosiing Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo 14 April 212