Seminar Nasional Statistika IX Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 7 November 29 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 merupakan indeks aktivitas badai geomagnet di daerah lintang rendah yang dihitung dari superposisi 4 stasiun yang terletak di sekitar lintang magnet 3-4 o 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 (23). Saat ini juga direncanakan untuk mengembangkan sebuah model komponen H harian Indonesia merujuk pada metode atau model Ballatore-Gonzales (23) karena diketahui bahwa indeks 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 (1.5LS; 28.31BT koordinat magnet) dengan indeks saat pada badai geomagnet tahun 2-26. Hasilnya diperoleh bahwa deviasi antara komponen H stasiun Biak dengan indeks sangat kecil atau berimpit harga korelasi rata-rata > 92.29% dan rata-rata deviasi 35.8. Hal ini memberikan argumentasi bahwa model ballatore-gonzales (23) 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 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 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 (< 35 o 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 saat ini telah banyak dikembangkan. Salah satunya yang telah dikembangkan oleh Ballatore-Gonzales tahun 23. Merujuk pada realita bahwa indeks diperoleh dari superposisi komponen H maka direncanakan akan mengembangkan model variasi harian komponen H medan geomagnet stasiun Biak menggunakan model badai geomagnet (indeks ) Ballatore-Gonzales (23). Sebelum memutsukan untuk mengadopsi model ini, terlebih dahulu dilakukan studi dan analisis perbandingan deviasi antara komponen H stasiun Biak dengan indeks. Tujuannya untuk mendapatkan keyakinan bahwa model badai geomagnet layak / 1
patut dipertimbangkan untuk diadopsi sebagai model harian komponen H medan geomagnet stasiun Biak bersamaan dengan model hari tenang yang telah dikembangkan oleh McPherron (25). 2. LANDASAN PUSTAKA McPherron (25) 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) = H SQ (t) + H o (t)+ H(t) (2-1) Dengan, H(t) : medan geomagnet harian terukur oleh magnetometer di suatu tempat H Sq (t) : medan magnet akibat efek dynamo di ionosfer H o (t) : medan magnet sekuler dari variasi utama Untuk periode pendek (diurnal) maka variasi sekular medan geomagnet (H o (t)) diasumsikan tidak berubah atau konstan dan dapat diabaikan sehingga persamaan (2-1) dapat ditulis menjadi, H(t) = H SQ (t) + H(t) (2-2) H(t) = H(t) - H SQ (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 dengan (i) merupakan stasiun-stasiun pengamat geomagnet di sekitar lintang < 45 o LU/LS lintang magnet, seperti ditunjukkan pada Tabel 2-1. Tabel 2-1. Daftar Stasiun Geomagnet untuk indeks (sumber http://www.kugi.kyoto-u.ac.jp) No Nama Stasiun Geografis Lintang Bujur (BT) Lintang magnetik 1 Hermanus (Afsel) 19.22 o -34.4 o -33.3 o 2 Kakioka (Jepang) 14.18 o 36.23 o 26. o 3 Honolulu (USA) 21.98 o 21.32 o 21.1 o 4 San Juan (USA) 293.88 o 18.38 o 29.9 o 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 (McPherron, 25). i i (t) = H ( t) H ( t) H ( t) 2 i SQ (2-5)
3. DATA DAN METODOLOGI Data yang digunakan adalah komponen H jam-an dari stasiun stasiun Biak (1.5LS; 28.31BT koordinat magnet), indeks tahun 2-26 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 tahun 2-26 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 2 26 (http://umtof.umd.edu/pm/ FIGS.HTML) No Tanggal Kejadian Badai Geomagnet Intensitas () 1 15 Juli 2-33 2 1 Nopember 2-96 3 31 Maret 21-398 4 6 Nopember 21-3 5 24 Nopember 21-234 6 8 September 22-198 7 17-2 April 22-151 8 23 Mei 22-12 9 17 Juni 23-158 1 29-31 Oktober 23-388 11 22 Januari 24-149 12 22 Juli 24-197 13 7 Nopember 24-373 14 23-28 Agustus 25-216 15 17-23 Agustus 26-71 Hasil ploting terhadap indeks dan komponen H stasiun Biak pada masing-masing kejadian badai geomagnet ditunjukkan sebagai berikut, 3
H() H() H() H() H() Pola Indeks, Komponen H stasiun Biak dan stasiun Tangerang Tanggal 14-17 Juli 2 2 15 1 5 4 8 12 16 2 24 28 32 36 4 44 48 52 56 6 64 68 72 76 8 84 88 92-5 -1-15 -2-25 -3-35 Korelasi Pola Indeks dengan Komponen H stasiun Biak y =.8449x + 15.958 Tanggal 14-17 Juli 2 R 2 =.8218 75 5 25-325 -3-275 -25-225 -2-175 -15-125 -1-75 -5-25 -25 25-5 -75-1 -125-15 -175-2 -225-25 -275-3 () Pola Indeks, Komponen H stasiun Tangerang dan stasiun Biak Tanggal 8-11 Nopember 2 y = 1.2919x + 48.83 R 2 =.4539 Korelasi Pola Indeks dengan Komponen H stasiun Biak Tanggal 8-11 Nopember 2 25 1 2 75 15 5 1 25 5-1 -8-6 -4-2 -25 4 8 12 16 2 24 28 32 36 4 44 48 52 56 6 64 68 72 76 8 84 88 92-5 -5-1 -75-15 -1 () Gambar 4-2. (Kiri) Plot indeks dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2, (Kanan) korelasi antara pola indeks dengan komponen H stasiun Biak 15 Juli dan 1 Nopember 2 Pola Indeks, Komponen H stasiun Biak dan stasiun Tangerang Tanggal 29 Maret-1 April 21 Korelasi Pola Indeks dengan Komponen H stasiun Biak y =.9361x + 41.24 Tanggal 29 Mar-1 Apr 21 4 R 2 =.8459 15 3 1 2 1 4 8 12 16 2 24 28 32 36 4 44 48 52 56 6 64 68 72 76 8 84 88 92-1 -2-3 -4 5-4 -375-35 -325-3 -275-25 -225-2 -175-15 -125-1 -75-5 -25-5 25 5-1 -15-2 -25-3 -35-5 () -4 Pola Indeks, Komponen H stasiun Biak dan stasiun Tangerang Tanggal 4-7 Nopember 21 3 2 1 4 8 12 16 2 24 28 32 36 4 44 48 52 56 6 64 68 72 76 8 84 88 92-1 -2-3 -4 Korelasi Pola Indeks dengan Komponen H stasiun Biak y =.72x + 32.61 Tanggal 4-7 Nopember 21 R 2 =.811 125 1 75 5 25-3 -275-25 -225-2 -175-15 -125-1 -75-5 -25-25 25-5 -75-1 -125-15 -175-2 () Pola Indeks, Komponen H stasiun Biak dan stasiun Tangerang Tanggal 22-25 Nopember 21 3 2 1 4 8 12 16 2 24 28 32 36 4 44 48 52 56 6 64 68 72 76 8 84 88 92-1 -2-3 Korelasi Pola Indeks dengan Komponen H stasiun Biak y =.7988x + 28.4 Tanggal 22-25 Nopember 21 R 2 =.8473 1 75 5 25-2 -175-15 -125-1 -75-5 -25-25 25-5 -75-1 -125-15 -175-2 () Gambar 4-3. (Kiri) Plot indeks dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2, (Kanan) korelasi antara pola indeks dengan komponen H stasiun Biak pada tanggal 31 Maret, 6 Nopember dan 24 Nopember 21 4
Pola dan Biak Tanggal 17-2 April 22 Korelasi Antara dan Tanggal 17-2 April 22 2-2 2 4 6 8 1-4 -6-8 -1-12 -14-16 -18-2 -15-1 y =.868x - 14.682-5 R 2 =.6517-2 5-4 -6-8 -1-12 -14-16 -18 Gambar 4-4. (Kiri) Plot indeks dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2, (Kanan) korelasi antara pola indeks dengan komponen H stasiun Biak pada tanggal 17-2 April 22 Pola dan Biak Tanggal 29-3 Oktober 23 Korelasi antara dan Biak Tanggal 29-3 Oktober 23 2 1 1 2 3 4 5-1 -2-3 -4-5 29-3Okt3 5 y = 1.82x - 159.25 R 2 =.8643-25 -2-15 -1-5 5 1 15 2-5 -1-15 -2-25 -3-35 -4-45 Gambar 4-5. (Kiri) Plot indeks dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2, (Kanan) korelasi antara pola indeks dengan komponen H stasiun Biak pada tanggal 29-3 Oktober 23 5
H Pola Variasi dan Komponen H Stasiun Biak 22 Januari 24 Pola Korelasi antara dengan H stasiun Biak 22 Januari 24 y =.9236x + 21.155 R 2 =.97 1 1 5 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23-16 -14-12 -1-8 -6-4 -2 2 4-5 -5 Linear () -1-1 -15-15 -2-2 Pola Variasi dan Komponen H stasiun Biak 16-3 Juli 24 Pola Korelasi Antara dan Komponen H Biak 16-3 Juli 24 y = 1.624x - 1.885 R 2 =.999 5 5 24 48 72 96 12 144 168 192 216 24 264 288 312 336 36-25 -2-15 -1-5 5-5 -5-1 -1-15 -15 Linear () -2-2 -25-25 -3-3 Pola Variasi dan Komponen H stasiun Biak 29-31 Agustus 24 Pola Korelasi dan Komponen H stasiun Biak 29-31 Agustus 24 y =.852x + 8.369 R 2 =.753 6 6 4 4 2 2 4 8 12 16 2 24 28 32 36 4 44 48 52 56 6 64 68 72-2 -4-6 -14-12 -1-8 -6-4 -2 2-2 -4 Linear () -8-6 -1-8 -12-1 -14-12 2 Pola Variasi dan Komponen H stasiun Biak 6-11 Nopember 24 Pola Korelasi dan Komponen H stasiun Biak 6-11 nopember 24 2 y = 1.713x + 4.445 R 2 =.9672 1 1 12 24 36 48 6 72 84 96 18 12 132 144-1 -4-35 -3-25 -2-15 -1-5 5 1-1 Linear () -2-2 -3-3 -4-4 Gambar 4-6. (Kiri) Plot indeks dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2, (Kanan) korelasi antara pola indeks dengan komponen H stasiun Biak pada tanggal 22 Januari 24, 23 Juli 24, 3 Agustus 24 dan 7 Nopember 24. Keterkaitan Pola Antara dan H Biak Tanggal 21-26 Juni 28 Pola Distribusi Korelasi antara dan H Biak 21-26 Juni 25 6 6. 4 4. 2 2.. 12 24 36 48 6 72 84 96 18 12 132 144-2 -12-1 -8-6 -4-2 2 4-2. -4-4. -6-6. -8-8. -1 y = 1.215x + 14.712 R 2 =.8793-1. -12-12. -14-14. -16-16. Keterkaitan Pola dan H Biak Tanggal 23 s/d 28 Agustus 25 Pola Distribusi Korelasi antara dan H Biak 23-28 Agt 25 1 1. 5 5.. 12 24 36 48 6 72 84 96 18 12 132 144-25 -2-15 -1-5 5-5 -5. -1-1. -15-15. -2 y = 1.1381x + 18.461 R 2 =.9344-2. -25-25. -3 Gambar 4-7. (Kiri) Plot indeks dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2, (Kanan) korelasi antara pola indeks dengan komponen H stasiun Biak pada tanggal 23 Juni dan 23 Agustus 25. 6-3.
Pola Variasi dan Gangguan Komponen H stasiun Biak dan Indeks Tanggal 17-23 Agustus 26 Korelasi antara pola Gangguan Komponen H stasiun Biak dan Indeks Tanggal 17-23 Agustus 26 8 6 4 y =.921x - 2.5938 R 2 =.8176 4 2 2 24 48 72 96 12 144 168-2 -4-6 DelH -8-6 -4-2 2 4-2 -4-6 -8-8 Gambar 4-8. (Kiri) Plot indeks dan komponen H stasiun Biak tanggal 8-11 Nopember 2, (Kanan) korelasi antara pola indeks dengan komponen H stasiun Biak pada tanggal 19-2 Agustus 26. Identifikasi terhadap Gambar 4-2 sampai Gambar 4-8 secara visual tampak bahwa pola komponen H stasiun stasiun Biak cukup berimpit dengan indeks pada saat badai geomagnet. Atau dengan kata lain, deviasi antara komponen H dan indeks 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 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 saat badai geomagnet No Tanggal Badai Korelasi Deviasi Depresi Maksimum geomagnet (%) _ () Min Min 1 15 Juli 2 92.71 29.4-31 -279.1 2 1 Nopember 2 92.33 34.2-96 -96.2 3 31 Maret 21 91.55 57.8-387 -362.8 4 6 Nopember 21 94.4 65.9-292 -161.6 5 24 Nopember 21 93.84 54.8-221 -165.1 6 8 September 22 93.28 38.8-198 -185.1 7 17-2 April 22 8.73 6.1-151 -158.4 8 23 Mei 22 92.25 35.1-12 -16.2 9 17 Juni 23 84.62 56.1-158 -145.5 1 29-31 Oktober 23 92.97 33.1-388 -265.5 11 22 Januari 24 95.24 25.6-149 -153.6 12 16-3 Juli 24 95.39-4.7-197 -239.1 13 7 Nopember 24 98.35 33-373 -36.2 14 23-28 Agustus 25 96.66 15.9-216 -28.2 15 17-23 Agustus 26 9.42 1.4-71 -6.2 RATA-RATA 92.29 35.8 Keterangan terhadap notasi Deviasi _ () adalah selisih antara komponen H stasiun Biak terhadap indeks dalam satuan nano tesla (). Dari Tabel 4-2 terlihat bahwa rata-rata korelasi antara komponen H stasiun Biak dan indeks pada saat badai geomagnet adalah 92.29 % dengan deviasi rata-rata sebesar 35.8. Hasil ini menunjukkan bahwa perbedaan pola (deviasi) antara komponen H stasiun Biak dan indeks pada saat badai geomagnet cukup kecil atau dengan kata lain sangat berimpit. Hasil ini sekaligus juga memberikan 7
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 saat fase utama badai geomagnet yaitu sebesar 2. 5. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil dari pembahasan hasil di atas adalah perbedaan (deviasi) antara komponen H stasiun Biak dan indeks 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. Dengan hasil ini, patut dipertimbangkan untuk memanfaatkan model Ballatore-Gonzales (23) dalam kegiatan pemodelan variasi harian komponen H medan geomagnet di stasiun Biak. DAFTAR PUSTAKA Ballatore P and W. D., Gonzales, 23, 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 ( < -1), Planet Space Scie., 35, 111-119. 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, 25, Calculation of The Index, Presentation at LWS CDAW Workshop Fairfax, Virginia, March 14-16 Sugiura M. and Chapman S., 196, The average morphology of geomagnetic storms with sudden commencement, Abh. Akad. Wiss. Gottingen, math. Phys., K1., Sonderheft, Spec. Issue 4, 3-53. 8