IDENTIFIKASI KARAKTERISTIK MESOSCALE CONVECTIVE COMPLEX (MCC) DAN PERSISTENT ELONGATED CONVECTIVE SYSTEM (PECS) DI BENUA MARITIM INDONESIA

Transkripsi

1 IDENTIFIKASI KARAKTERISTIK MESOSCALE CONVECTIVE COMPLEX (MCC) DAN PERSISTENT ELONGATED CONVECTIVE SYSTEM (PECS) DI BENUA MARITIM INDONESIA Putu Agus Dedy Permana 12 Hariadi 12 1, Jakarta 2 Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Jakarta dedypermana17@gmail.com Abstrak Sebagian besar wilayah Indonesia merupakan wilayah perairan yang berada di daerah tropis. Oleh karena itu aktifitas penguapan memiliki pengaruh terhadap kondisi cuaca di wilayah Indonesia, terutama dalam pembentukan awan-awan konvektif. Sebuah aktifitas konvektif yang tinggi menyebabkan terbentuknya sebuah sistem konvektif skala meso. Sistem konvektif skala meso atau Mesoscale Convective System (MCS) terdiri dari banyak jenis, diantaranya yaitu Mesoscale Convective Complex (MCC) dan Persistent Elongated Convective System (PECS). Secara umum definisi PECS adalah mesoscale convective system yang memenuhi kriteria ukuran dan durasi dari MCC, tetapi tidak termasuk kategori bentuk dari MCC. Identifikasi MCC dan PECS akan dilakukan dengan menggunakan citra satelit infra merah sesuai dengan kriteria dari Anderson (1997). Penelitian ini dilakukan selama empat bulan di tahun 2014, yaitu Januari, April, Juli, dan Oktober sesuai dengan musim hujan dan kemarau di Indonesia. Kejadian MCC dan PECS memiliki pola distribusi yang mirip. Kejadian ini paling banyak terjadi di wilayah lautan yang luas, memiliki kecenderungan terjadi pada malam hari waktu setempat (nocturnal). Frekuensi kejadian dari MCC dan PECS memiliki kemiripan pola dengan pola musim curah hujan di Benua Maritim Indonesia. Selain itu juga memiliki kaitan dengan pergerakan pola ITCZ. MCC dan PECS berpotensi menimbulkan hujan dari sangat lebat hingga lebat. Kata Kunci: MCC, PECS, Satelit Abstract Most of Indonesia's territory is located over the sea of the tropics. Therefore, the activities of evaporation have an influence on weather conditions in area of Indonesia, especially in the formation of convective clouds. A high convective activity causes the formation of a meso-scale convective system. Mesoscale Convective System (MCS) consists of many kinds, including Mesoscale Convective Complex (MCC) and Persistent Elongated Convective System (PECS). In general, the definition of PECS is a mesoscale convective system that meets the criteria of the size and duration of MCC, but does not include the category of the shape of the MCC. Identification of MCC and PECS will be performed using infrared satellite images appropriate with the criteria of Anderson (1997). This research was conducted for four months in 2014, in January, April, July and October in corresponding with the wet and dry season in Indonesia. The genesis of MCC and PECS have similar distribution pattern. This is most prevalent in the vast ocean, that have a tendency to occur evening in local time (nocturnal). The frequency of occurrence of the MCC and 1

2 PECS have similar pattern with seasonal patterns of rainfall in Indonesian Maritime Continent. They also have similarity with the movement of the ITCZ pattern. MCC and PECS potentially make heavy rain and very heavy rain. Keywords: MCC, PECS, Satelit 1. PENDAHULUAN Dalam mempelajari cuaca, kita mengenal pembagian skala wilayah. Pembagian ini menjadi penting karena sangat berguna untuk menganalisis cuaca dalam ruang dan waktu, sementara cuaca adalah fungsi ruang dan waktu (Zakir, 2008). Skala meteorologi dapat dibagi menjadi empat, yaitu skala global, skala sinoptik, skala meso dan skala mikro. Sistem cuaca skala meso termasuk di dalamnya adalah Mesoscale Convective System (MCS). Ketika banyak sel tunggal awan Cumulunimbus berkumpul, tumbuh dan matang maka akan membentuk sistem awan badai dalam luasan yang besar dengan lama hidup yang lebih panjang inilah yang kemudian disebut dengan MCS (Mesoscale Convective System). MCS terbagi atas beberapa jenis, yang terbesar diantaranya adalah Mesoscale Convective Complex (MCC) dan Persistent Elongated Convective Systems (PECS). Menurut Anderson, 1997, dalam penelitiannya tahun 1992 dan 1993 terdapat kekurangan informasi untuk MCS yang bukan MCC yang berumur panjang dan memiliki luasan yang besar. Anderson mengkategorikan MCS yang bukan MCC ini ke dalam sistem yang disebut persistent elongated convective system (PECS). Secara umum definisi PECS adalah mesoscale convective system yang memenuhi kriteria ukuran dan durasi dari MCC, tetapi tidak termasuk kategori bentuk dari MCC. Letak Indonesia yang berada di garis khatulistiwa (equator) menjadikannya wilayah yang menerima radiasi panas dari matahari sepanjang tahun. Sementara, sebagian besar wilayah Indonesia merupakan wilayah perairan. Oleh karena itu aktifitas penguapan memiliki pengaruh terhadap kondisi cuaca di wilayah Indonesia, terutama dalam pembentukan awan-awan konvektif. Sebuah aktifitas konvektif yang tinggi menyebabkan terbentuknya sebuah sistem konvektif skala meso. Dengan keadaan tersebut, maka penulis ingin meneliti tentang system konvektif skala meso khususnya MCC dan PECS yang terjadi di wilayah Indonesia dengan kriteria dari Anderson. 2. DATA DAN METODE Bahan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini yaitu data citra satelit inframerah 1 (1R1) yang diunduh di website Untuk validasi akan digunakan data curah hujan dari GSMAP serta data observasi dari stasiun di dekat lokasi kejadian MCS sesuai dengan waktu kejadian. Lokasi Penelitian adalah di wilayah Indonesia dengan letak koordinat 7º LU 15º LS, 90º BT 150º BT, sesuai dengan daerah yang diarsir pada gambar 2.1 2

3 Gambar 2.1 Lokasi Penelitian adalah di wilayah Indonesia dengan letak koordinat 7º LU 15º LS, 90º BT 150º BT. (Ismanto,2011) Dalam Penelitian ini penulis mengambil waktu penelitian selama empat bulan yaitu bulan Januari, April, Juli, dan Oktober tahun Pemilihan bulan ini dilakukan sesuai dengan pembagian musim yang ada di Indonesia, dimana bulan Januari mewakili musim penghujan, Juli mewakili musim kemarau, sedangkan bulan April dan Oktober mewakili musim peralihan. Metode yang digunakan untuk dapat menyeleksi citra satelit yang sesuai dengan kriteria MCC dan PECS adalah sebagai berikut. 1. Data satelit yang telah di download dari Kochi (.pgm) merupakakan data gambar graymap dengan skala warna (hitam putih). Data ini di konversi menjadi data suhu dalam Kelvin dengan menggunakan data kalibrasi (.dat) dan di simpan dalam format (.txt) agar data dapat diproses oleh software image processing. 2. Menentukan selimut awan dengan kriteria nilai suhu puncak awan kurang dari 217 K. Batas suhu 221 K (-52 º C) diganti menjadi 217 K (-56 º C). Hal ini mengikuti penelitian dari Miller dan Fritch (1991), karena wilayah yang diteliti termasuk dalam area Samudera Pasifik Barat (Western Pasific Region) (Miller dan Fritsch, 1991). Tiap grid yang memenuhi nilai diganti dengan 1 dan yang tidak memenuhi diganti dengan angka 0 (merubah data satelit menjadi data biner). 3. Mencari luasan area yang memenuhi syarat suhu (pixel yang mempunyai nilai 1 ) dengan menghitung jumlah pixel yang saling terhubung dengan empat koneksi grid disekitarnya. Kemudian memilih area yang memiliki luasan lebih dari km² sekitar 1652 pixel. Setelah itu dilihat durasi dari luasan tersebut. Durasinya harus lebih dari sama dengan enam jam. 4. Mencari titik pusat dari area yang terpilih. Untuk mencari titik pusat dapat dilakukan dengan rumus Carvalho dan Jones yang dikutip dari Ismanto (1) Dimana: Xi = posisi piksel ke-i dalam sumbu X Yi = posisi piksel ke-i dalam sumbu Y X0 dan Y0 = centroid n = luasan area / total piksel 5. Untuk membedakan antara MCC dengan PECS menurut Anderson dapat dilakukan dengan melihat nilai eksentrisitasnya pada saat luas maksimum. Eksentrisitas (ε) adalah perbandingan jarak nilai sumbu terpendek dan nilai sumbu terpanjang. ε =..(2) 3

4 Gambar 2.2 Sumbu terpendek (minor axis) dan sumbu terpanjang (major axis) dari suatu ellips (douglasflynt.blogspot.com) Untuk MCC, kriteria eksentrisitas yang harus dipenuhi adalah sebesar lebih dari 0.7. Sedangkan untuk PECS nilai yang harus dipenuhi adalah antara 0.2 sampai 0.7 Untuk dapat melakukan validasi kejadian MCC dan PECS dari hasil keluaran dari Matlab maka penulis berencana untuk menggunakan Global Satellite Mapping of Precipitation (GSMAP) sebagai pembanding. Untuk GSMAP, verifikasi dilakukan dengan melihat estimasi curah hujan di lokasi kejadian MCS pada waktu kejadian luasan maksimum, dengan melihat data pada /sharaku.eorc.jaxa.jp/gsmap/. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Distribusi dan Karakteristik dari MCC dan PECS Berikut adalah distribusi dari posisi Mesoscale Convective Complex (MCC) dimana lokasi lingkaran menunjukan lokasi saat kejadian luasan maksimum tercapai dari suatu Mesoscale Convective System (MCS) sedangkan luasan dari lingkaran menunjukan seberapa besar luasan dari kejadian MCS tersebut. Gambar 3.1 Distribusi MCC (dari atas ke bawah Januari, April, Juli, dan Oktober) Untuk distribusi kejadian PECS akan dibuat distribusi lokasi kejadiannya berdasarkan lokasi simbol kotak pada peta untuk keempat bulan dalam penelitian ini. 4

5 Sedangkan luasan dari tiap-tiap kotak menunjukan luasan saat PECS mencapai luasan maksimumnya. Lama kejadian dari suatu kejadian MCC dan PECS juga merupakan bagian penting untuk dianalisis. Berikut di bawah ini dibuatkan peta distribusi dari MCC dan juga PECS yang mana ukuran dari simbol menunjukan seberapa lama sistem MCC dan PECS ini bertahan (dalam jam). Gambar 3.3 Distribusi MCC berdasarkan durasi Gambar 3.4 Distribusi PECS berdasarkan durasi Gambar 3.2 Distribusi PECS (dari atas ke bawah Januari, April, Juli, dan Oktober) Dari penjabaran mengenai distribusi MCC dan PECS di atas, terlihat bahwa kejadian MCC dan PECS cenderung terjadi di wilayah lautan, yang mana kejadian MCC dan PECS yang memiliki luasan yang besar dan durasi yang lama juga cenderung terjadi di lautan. Menurut Ismanto (2011) bahwa Mesoscale Convective System (awan awan 5

6 besar), membutuhkan boundary layer berisi udara hangat dan lembab yang wilayahnya luas (Samudera Hindia dan Samudera Pasifik). Sedangkan untuk daratan sistem ini terjadi karena adanya low level jet yang mendorong boundary layer untuk tetap menyuplai udara lembab dan hangat sehingga terbentuk sistem skala meso yang mempunyai massa hidup lama (Houze, 2004). Berdasarkan distribusi dari MCC dan PECS terlihat bahwa pola distribusinya tiap bulan mengikuti dari perkembangan musim hujan/pola hujan yang ada di tiap-tiap daerah yang ada di Wilayah Indonesia. Untuk pola hujan secara umum di Indonesia dapat dilihat pada gambar 3.5. Gambar 3.5 Pola hujan di Indonesia ( 8/04/pola-curah-hujan-indonesia.jpg) Untuk pola hujan jenis monsun mengalami puncak hujan pada bulan Januari seperti di wilayah selatan Indonesia khususnya di wilayah Jawa, Nusa Tenggara, dan perairan di sebelah utara Australia. Hal ini sesuai dengan hasil distribusi baik dari PECS dan MCC yang menunjukan jumlah kejadian yang banyak untuk bulan Januari 2014 di wilayah tersebut, khususnya yang terlihat jelas seperti kejadian di sebelah utara Pulau Australia. Untuk pola distribusi yang terjadi di Samudra Pasifik di sebelah utara pulau Papua juga terlihat kemiripan pola tersebut untuk PECS namun tidak terlalu terlihat pada kejadian MCC. Pola hujan ekuatorial terlihat hampir rata sepanjang tahun, namun terdapat dua puncak yang terjadi sekitar bulan April dan Oktober. Hal ini terlihat dengan jelas di wilayah samudra Hindia di sebelah barat Pulau Sumatera bahwa banyak terjadi kasus MCS baik MCC maupun PECS pada bulan Oktober Namun untuk puncak hujan pada bulan April 2014 tidak terlalu terlihat. Sedangkan untuk pola hujan pada wilayah kejadian di sekitar garis khatulistiwa lainnya seperti daerah yang melewati Kalimantan hingga pulau Papua tidak terlihat ada pola MCS yang mirip dengan pola hujan. Untuk pola terakhir yaitu kebalikan dari pola monsun yang memiliki puncak di sekitar bulan Juli seperti di sebagian wilayah Pulau Sulawesi dan Kepulauan Maluku tidak terlalu terlihat. Hal ini karena memang kasus yang terjadi di wilayah tersebut tidak terlalu banyak. Selain dari pola hujan dan juga pola dari siklon tropis, distribusi dari MCC dan PECS akan dibandingkan dengan pola kejadian dari ITCZ (Intertropical Convergence Zone). ITCZ merupakan wilayah yang mengelilingi bumi di dekat ekuator yang mana merupakan tempat pertemuan angin pasat dari timur laut dan tenggara (Barry, 1992). Wilayah ini berkaitan dengan kumpulan awan konvektif yang sering menyebabkan kejadian badai guntur. Untuk pola dari kejadian ITCZ ditunjukan pada gambar 3.6. Gambar 3.6 Pola kejadian ITCZ 6

7 Dari gambar 4.13 terlihat bahwa wilayah Indonesia dilalui oleh ITCZ pada bulan Januari. Jika dibandingkan dengan kejadian dari distribusi MCC dan PECS terlihat dengan jelas bahwa Benua Maritim Indonesia pada bulan Januari 2014 memiliki kejadian MCC dan PECS yang paling banyak terjadi, khususnya untuk wilayah Indonesia bagian selatan. Hal ini karena ITCZ merupakan fenomena yang memicu terjadinya awan-awan konvektif salah satunya yaitu adalah kejadian MCS. 3.2 Pola Waktu Kejadian MCC dan PECS Untuk mengetahui bagaimana pola waktu kejadian MCC dan PECS mulai dari awal terbentuknya, fase puncaknya, hingga fase punahnya, penulis membuat grafik dari tiap-tiap fase tersebut. Dalam grafik ini MCC dan PECS dibuat dalam satu grafik tetapi jenisnya dibuat dalam batang yang berbeda. Gambar 4.16 Grafik waktu awal, puncak, dan akhir kejadian dari MCC (Biru) dan PECS (Jingga) Pada kasus MCC dan PECS terlihat bahwa kejadian ini cenderung terjadi pada malam hari waktu setempat (nocturnal). Hal ini dikarenakan pada malam hari panas laten diemisikan ke angkasa. Udara yang hangat dan tidak stabil akan menimbulkan gangguan di atmosfer yang selanjutnya menyebabkan konveksi. Udara yang bergerak ke atas akan terpusat pada pusat sel konvektif, sedangkan gerakan ke bawah dapat menyebar daerah sekitarnya yang lebih luas. Jika udara naik mencapai paras kondensasi maka gerakan ke atas selanjutnya dapat dilihat dalam bentuk awan. Ketidakteraturan dari gerakan updraft dan downdraft di dalam sistem awan di tunjukkan dalam bentuk tonjolan yang membengkak tidak teratur (Bayong, 2004). Dari pola-pola kejadian MCC dan PECS yang telah dijabarkan sebelumnya, maka dibawah akan dibuatkan keadaan dari MCC dan PECS secara umum melalui tabel 3.1. Dalam tabel ini akan dilihat bagaimana ratarata dan standar deviasi dari MCC dan PECS. 7

8 Tabel 3.1 Data rata-rata dan standar deviasi dari MCC dan PECS MCC Luas (km 2 ) Durasi(Jam) Eksentrisitas Mean STDEV PECS Luas (km 2 ) Durasi (Jam) Eksentrisitas Mean STDEV Dilihat dari rata-ratanya, MCC memiliki luas area dan durasi yang lebih lama dibandingkan dengan PECS. Eksentrisitas dari MCC memiliki nilai berkisar pada nilai 0.79 yang mana cenderung lebih bulat jika dibandingkan dengan PECS yang memang merupakan MCS yang memiliki bentuk yang cenderung tidak bulat. Dilihat dari standar deviasi dari masing-masing MCS terlihat bahwa MCC memiliki nilai standar deviasi dari luas dan durasi yang lebih besar dari pada PECS. Ismanto (2011) pada penelitian MCC di benua maritim Indonesia pada tahun menyimpulkan bahwa masa hidup MCC di Benua Maritim Indonesia memiliki kecenderungan hidup pada malam hari, dan secara rata-rata memiliki masa hidup 12,4 jam. Hal ini mendekati nilai rata-rata dari kejadian MCC pada penelitan ini namun untuk PECS ternyata memiliki waktu kejadian yang lebih singkat dari kejadian MCC baik dari penelitian ini maupun dari penelitian yang dilakukan oleh Ismanto. 3.3 Verifikasi dengan Data GSMAP (Global Satellite Mapping of Precipitation) Verifikasi dilakukan dengan melihat estimasi curah hujan di lokasi kejadian MCS pada waktu kejadian luasan maksimum, dengan melihat data pada website Nilai yang dilihat adalah nilai curah hujan terbesar yang ditimbulkan, dimana curah hujan ini diperkirakan merupakan curah hujan wilayah konvektif dari MCS ini. Verifikasi dilakukan untuk setiap kejadian MCS yang terdeteksi baik yang terjadi di lautan maupun di daratan, seluas wilayah penelitian. Data curah hujan tersebut kemudian dibandingkan dengan menggunakan klasifikasi curah hujan BMKG untuk memudahkan dalam mengidentifikasi tingkat intensitas dari curah hujan tersebut. Hasilnya ditunjukan dalam tabel 3.2. Tabel 3.2 Banyak kejadian hujan dalam verifikasi GSMAP Januari April Juli Oktober MCC PECS MCC PECS MCC PECS MCC PECS Sangat Lebat Lebat Sedang Ringan Tidak Hujan Total Menurut Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, kategori intensitas hujan dibedakan sebagai berikut: 1. Hujan ringan dengan intensitas 0,1 5 mm/jam atau 5-20 mm/hari 2. Hujan sedang dengan intensitas 5,1 10 mm/jam atau 20,1-50 mm/hari 3. Hujan lebat dengan intensitas 10,1-20 mm/jam atau 50,1-100 mm/hari 4. Hujan sangat lebat dengan intensitas >20 mm/jam atau >100 mm/hari Dari tabel 3.2 terlihat bahwa kejadian MCS menyebabkan hujan berkisar dalam intensitas lebat hingga sangat lebat. Jumlah kejadian paling banyak terjadi dalam bulan Januari, sedangkan paling sedikit terjadi dalam bulan Juli. Untuk kejadian berjenis MCC hampir semua kejadian hujan yang diakibatkan memiliki intensitas lebat dan 8

9 sangat lebat. Hanya di bulan Oktober memiliki hujan dengan intensitas di bawah intensitas lebat. Untuk PECS lebih bervariasi, yang mana memiliki intensitas sedang dan ringan yang lebih banyak jika dibandingkan dengan MCC. Untuk PECS bulan Januari ada tiga kejadian yang mana tidak terdapat hujan pada wilayah kejadian. Namun hujan dengan intensitas lebat dan sangat lebat tetap mendominasi. 4. KESIMPULAN Kejadian MCC dan PECS memiliki pola distribusi yang mirip. MCC dan PECS paling banyak terjadi di wilayah lautan yang luas seperti di wilayah Samudra Pasifik di utara Papua, Samudra Hindia di barat Sumatera, dan lautan di sebelah utara Australia. Kejadian MCC dan PECS yang terjadi di lautan juga memilki luasan yang lebih luas dengan waktu kejadian yang lebih lama. Frekuensi kejadian dari MCC dan PECS memiliki kemiripan pola dengan pola musim curah hujan di Benua Maritim Indonesia. Selain itu juga memiliki kaitan dengan pergerakan pola ITCZ. MCC dan PECS cenderung memiliki kecenderungan terjadi pada malam hari waktu setempat (nocturnal). MCC memiliki waktu hidup rata-rata sekitar 12 jam, sesuai dengan penelitian Ismanto (2011), tetapi untuk PECS memiliki waktu yang lebih cepat, rata-rata sekitar 10 jam. Dari hasil verifikasi menunjukan bahwa baik MCC maupun PECS berpotensi memberikan peluang intensitas hujan yang sangat lebat dan lebat. Agronomy, Iowa State University, Ames, Iowa. Barry, Roger Graham; Chorley, Richard J Atmosphere, weather, and climate. London: Routledge. Bayong, T.H.K., Meteorologi, ITB. Bandung BMKG, 2010, Peraturan Kepala Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Nomor: KEP.009 Tahun 2010 tentang Prosedur Standar Operasional Pelaksanaan Peringatan Dini, Pelaporan, dan desiminasi Informasi Cuaca Ekstrem. Houze, Robert A., 2004: Mesoscale Convective System. University of Washington. Washington. Ismanto, H Distribusi Spasial dan Temporal Mesoscale Convective Complexes di Benua Maritim. Megasains, Vol. 4, No. 2, Zakir, A., Sulistya, W., dan Khotimah, M.K., 2010, Perspektif Operasional Cuaca Tropis, Badan Meteorologi dan Geofisika, Jakarta. DAFTAR PUSTAKA Anderson, C.J., dan Arritt, R.W., 1997, Mesoscale Convective Complexes and Persistent Elongated Convective Systems over the United States during 1992 and 1993, Department of 9