KETERKAITAN CUACA DI INDONESIA DENGAN FENOMENA BINTIK MATAHARI (SUNSPOT)
BASYARUDDIN
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
KETERKAITAN CUACA DI INDONESIA DENGAN FENOMENA BINTIK MATAHARI (SUNSPOT)
BASYARUDDIN
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Pada Program Studi Meteorologi
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITIT PERTANIAN BOGOR 2008
Judul
: Keterkaitan Cuaca di Indonesia dengan Fenomena Bintik Matahari (Sunpot)
Nama
: Basyaruddin
NRP
: G 24102001
Menyetujui Pembimbing Skripsi
Dr.Ir. Sobri Effendy, Msi. NIP. 131918657
Mengetahui Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. Drh. Hasim, DEA. NIP. 131578806
Tanggal Lulus :
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Lhokseumawe pada tanggal 18 Desember 1984 dari pasangan Rusli dan Rabiah. Penulis merupakan anak ketiga dari lima bersaudara. Pada tahun 2002 penulis lulus dari SMU Swasta Al-Azhar Medan. Di tahun yang sama juga penulis diterima di Program Studi Meteorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahun Alam, Institut Pertanian Bogor melalui Jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama masa perkuliahan di IPB, penulis aktif di himpunan profesi dan mahasiswa Departemen Geofisika dan Meteorologi (HIMAGRETO). Tahun 2004 penulis menjadi staf Acara Meteorologi Interaktif di kepanitiaan PESTA SAINS 2004. Pada tahun yang sama juga menjadi Kepala Departemen Olah Raga dan Seni di Himpunan Mahasiswa Meteorologi periode 20042005. Pada tahun 2007 penulis juga menjadi staf Panitia Panahan Indoor Nasional.VII yang diselenggarakan oleh Unit Kegiatan Mahasiswa (UKM) Panahan IPB. Pada tahun 2005 tepatnya bulan Juli – Agustus 2005, penulis pernah melaksanakan Praktek Lapang di Pusat Penelitian dan Pengembangan Hutan dan Konservasi Alam, Gunung Batu, Bogor. Pada tahun 2007 penulis menjadi salah satu staf proyek penelitian tentang kalender pertanian antara IPB dengan BMG.
RINGKASAN Basyaruddin: Keterkaitan Cuaca di Indonesia dengan Fenomena Bintik Matahari (Sunspot). Dibimbing oleh : Dr. Ir. Sobri Effendy. M.Si. Aktivitas matahari berhubungan dengan aktivitas cuaca dan iklim dalam skala yang luas. Emisi gelombang pendek yang berasal dari letusan di permukaan matahari mampu mempengaruhi tingkat pemanasan pada atmosfer bumi hanya dalam jangka waktu relatif singkat, kemudian secara tidak langsung akan mempengaruhi pola sirkulasi atmosfer kearah kutub pada daerah lintang tinggi, atau dengan kata lain bahwa kenaikan tekanan paras muka laut kearah kutub bertambah besar dari daerah lintang yang mendapatkan suplai panas maksimum (ekuator). Berdasarkan penelitian bahwa efek yang ditmbulkan oleh aktivitas matahari terhadap permukaaan bumi tidak bersifat langsung. Akan tetapi, atmosfer adalah bagian bumi yang pertama menerima efek dari perubahan yang terjadi di permukaaan matahari. Efek yang ditimbulkan berbeda tiap lapisan atmosfer. Bagian atmosfer atas yang banyak kita kenal sebagai lapisan ionosfer (merupakan lapisan mesosfer dan termosfer) merupakan lapisan yang banyak mengandung elektron-elektron bebas. pada ketinggian sekitas 225 km, daerah ini mengalami densitas elektron yang bervariasi secara harian, musiman dan bergantung terhadap ketinggian / posisi matahari, serta dipengaruhi juga oleh adanya fenomena siklus 11-tahunan sunspot. Berdasarkan hasil penelitian, didapat bahwa pengaruh sunspot terhadap cuaca di Indonesia berbentuk persamaan nonlinier-kubik. Radiasi akan mengalami peningkatan apabila ada pengaruh kenaikan jumlah nilai sunspot di permukaan matahari. Sedangkan untuk unsur cuaca yang lain yaitu suhu udara dan RH tidak langsung dipengaruhi oleh perubahan sunspot di permukaan matahari. Hal ini dikarenakan suhu dan RH dipengaruhi oleh penerimaan radiasi matahari dipermukaan bumi serta pengaruh lintang dan tempat. Karena jumlah sunspot selalu berubah-ubah, maka menyebabkan radiasi yang dipancarkan matahari juga tidak selalu sama. Sehingga mengakibatkan radiasi rang diterima di bumi juga berubah dengan berubahnya jumlah sunspot. Ketika sunspot meningkat, perubahan radiasi yang terjadi tidak terlalu signifikan jika dibandingkan saat jumlah sunspot menurun, terjadi perubahan yang drastis. Hal lain yang menarik adalah adanya perbedaan antara hasil penelitian dengan literatur. Literatur menjelaskan bahwa suhu udara rata-rata di daerah tropika lebih rendah selama periode sunspot. Sedangkan hasil penelitian menjelaskan hal yang sebaliknya, yaitu selama periode sunpot suhu udara rata-rata lebih tinggi dari nilai normalnya. Kata Kunci : Sunspot, Cuaca
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan Rahmat dan Hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian “Keterkaitan Cuaca di Indonesia dengan Fenomena Bintik Matahari (Sunspot)” dengan baik. Skripsi merupakan salah satu syarat kelulusan di program studi Meteorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Pada kesempatan ini Penulis mengucapkan terimakasih kepada seluruh pihak yang telah mendukung dan memberi dorongan demi keberhasilan sikripsi ini, diantaranya yaitu; 1. Dr. Ir. Sobri Effendy, M.Si sebagai dosen pembimbing, yang telah membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi. 2. Sonni Setiawan, S.Si, M.Si dan Ana Turyanti, S.Si, MT sebagai dosen penguji. 3. Kepada Ayah dan Ibu, yang telah memberikan doa dan semangat. 4. Dua kakakku (kak ida dan kak nyak) dan Dua adikku (azwar dan fikta) serta seluruh keluarga. 5. Kepada para staf TU departemen Geofisika dan Meteorologi; Pak Pono terimakasih atas pinjaman bukunya, Mas Aziz atas segala bantuan, Pak khairun, Pak udin, Pak Sutoro, Bu indah, Mbak Wanti, Mbak Icha, terimakasih. 6. Teman seperjuangan di Balio; Samba teman kost yang berselera tinggi, Gian teman seperjuangan ke Gunung Gede, Anton Designer Photoshop, Inul Curhat-Man, Deni si jangkung tukang kartu kredit, Eko Sang Pujangga Dewa, Ridwan Motor-Boy, Arief teman Fate, dan Toni Supernatural-Man. 7. GFM’ers 39; Hesti teman belanja, Nana teman nomat, la ode tabibku, Mian dan Joko The Bengkel Man, Kiki mahasiswa lucu 2004, Sapta McD-Man, Ipit Photocopy-Girl, Away Distributor Kabuto, Aprian The Silent-Man, Fio, Ana Black is Beautiful, Nida , An-an Ibu rumah tangga dan anaknya, Lupi, Vivi, Lina, Ani , Yuhanna tatangga kost, Linda Missy Elliot GFM, Misna teman satu kawasan, Rudi Wacana-Man, Sasat PanicGirl, Dwinita Misterius-Women, dan Dwi si Rabi. Nanik dan Tsubonang terima kasih atas semangat kalian dan GFM’ers yang lain. 8. Bu yar dan Sekeluarga di Cibanteng, Pak Ukun atas nasehat dan ceritanya. Semoga Skripsi yang telah dilaksanakan ini mendapat ridho dari Allah SWT dan semoga kebaikan yang telah diberikan mendapat balasan yang lebih. Akhir kata, mudah-mudahan Skripsi ini berguna dan bermanfaat bagi Penulis dan Pembaca serta bagi kita semua. Bogor, Januari 2008 Wassalam
Penulis
DAFTAR ISI RINGAKASAN....................................................................................................................... KATA PENGANTAR ............................................................................................................ DAFTAR ISI ........................................................................................................................... DAFTAR TABEL ................................................................................................................... DAFTAR GAMBAR .............................................................................................................. DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................................... I. PENDAHULUAN .................................................................................................... Latar Belakang ................................................................................................................. Tujuan............................................................................................................................... Manfaat............................................................................................................................. II. TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................................... Bintik Matahari (Sunspot) ............................................................................................... Cuaca ................................................................................................................................ Radiasi Matahari .............................................................................................................. Suhu Udara ....................................................................................................................... KelembabanUadara (RH) ................................................................................................ Aktivitas Matahari dan Efeknya terhadap Bumi ............................................................. III. METODOLOGI ........................................................................................................ Alat dan Bahan ................................................................................................................. Waktu dan Tempat ........................................................................................................... Metode Penelitian ............................................................................................................ Studi Pustaka .................................................................................................................... Pengolahan Data Unsur cuaca dan Sunspot .................................................................... Melihat Pengaruh Sunspot terhadap Cuaca (Radiasi, Suhu, dan RH) 6 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................ Pengaruh Sunspot terhadap Radiasi ................................................................................ Pengaruh Sunspot terhadap Suhu dan RH ....................................................................... Uji Regresi dan Nilai Peluang ......................................................................................... Perbandingan Nilai Unsur Cuaca Observasi dengn Dugaan Regresi ............................. V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................ Kesimpulan ...................................................................................................................... Saran ................................................................................................................................. VI. DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... LAMPIRAN
i ii iii iv iv iv 1 1 1 1 1 1 3 3 4 4 4 6 6 6 6 6 6 8 9 10 11 13 13 13 13 13
DAFTAR TABEL 1. Perbandingan nilai koefisien korelasi yang dihasilkan oleh dua persamaan regresi ......... 2. Persamaan regresi antara sunspot dengan radiasi ............................................................... 3. Persamaan regresi antara sunspot dengan suhu .................................................................. 4. Persamaan regresi antara sunspot dengan RH .................................................................... 5. Nilai peluang yang diasilkan dari persamaan regresi antara sunspot dengan unsur cuaca 6. Nilai lag yang dihasilkanoleh pengaruh siklus sunapot terhadap cuaca ............................ 7. Perubahan nilai radiasi akibat perubahan nilai sunspot (contoh kasus Semarang) ........... 8. Perbandingan nilai unsur cuaca dengan dugaan berdasarkan persamaan regresi ..............
8 9 9 10 11 11 12 12
DAFTAR GAMBAR 1. Mekanisme terbentuknya sunspot ....................................................................................... 2. Diagram kupu-kupu bintik matahari (sunspot)................................................................... 3. Aktivitas matahari dan efeknya terhadap bumi .................................................................. 4. Diagram Alir tahapan penelitian ......................................................................................... 5. Perbandingan data observasi dengan hasil dugaan model untuk radiasi ...........................
2 3 5 7 13
DAFTAR LAMPIRAN 1. Hasil persamaan regresi kubik dari setiap lokasi ............................................................... 15
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sinar matahari yang sampai di bumi merupakan sumber utama energi yang menimbulkan segala macam kegiatan atmosfer seperti hujan, angin, siklon tropis, musim panas, musim dingin, pola iklim di suatu wilayah dan berbagai pengaruhnya seperti pertumbuhan tanaman, penyediaan air tanah dan sebagainya. Untuk mengukur banyaknya energi sinar yang sampai di bumi digunakan besaran yang disebut “tetapan matahari” atau solar constant, yaitu banyaknya energi sinar yang jatuh pada bidang mendatar secara tegak lurus di puncak atmosfer tiap satuan waktu tiap satuan luas bidang tersebut dengan meniadakan penyerapan oleh atmosfer. Besarnya tetapan matahari dinyatakan dengan satuan Watt m-2. Ratarata besar tetapan matahari antar Matahari dan Bumi yaitu sekitar 1 1/3 Watt m-2 (Lean and Rind, 1996) Menurut Chapman dalam Yatini (2004) mengungkapkan bahwa besarnya solar constant antara siklus matahari minimum dan maksimum adalah sekitar 0.1%. Menurut Donal dalam Susanto (2003) fluktuasi tersebut antara lain disebabkan oleh perubahan jarak antara matahari dan bumi karena lintasan bumi mengelilingi matahari tidak merupakan lingkaran tetapi berbentuk ellips dengan matahari terletak pada salah satu titik apinya. Penyebab kedua terjadinya perubahan fluktuasi tetapan matahari ternyata berasal dari bintik matahari (sunspot). Di samping itu pada setiap ledakan matahari dikeluarkan sejumlah sinar ultraviolet yang dapat menambah energi sinar matahari dalam daerah gelombang sinar tersebut. Pengaruh bintik matahari terhadap cuaca sulit dijelaskan daripada pengaruh bintik matahari terhadap iklim, karena cuaca merupakan keadaan sesaat dari atmosfer sedangkan iklim merupakan keadaan ratarata dari cuaca dalam suatu kurun waktu yang panjang. Berdasarkan hasil penelitian tentang sunspot, menyimpulkan bahwa di daerah tropika, suhu udara rata-rata lebih rendah selama periode sunspot maksimum dan lebih tinggi dari nilai normal selama periode sunspot minimum. Keadaan yang sama juga berlaku bagi daerah lintang sedang, tetapi justru kebalikannya bagi daerah subtropika yang kering. (Susanto, 2003)
Hasil penelitian Christiani (2004) menyimpulkan bahwa pengaruh sunspot terhadap keadaan curah hujan dan radiasi harian di beberapa tempat di Indonesia menunjukkan perbedaan yang sangat signifikan, dimana sunspot mempunyai pengaruh yang nyata terhadap keadaan curah hujan dan radiasi harian, maka dengan ini penelitian ini perlu dilakukan. 1.2 Tujuan Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh siklus bintik matahari (sunspot) terhadap perubahan radiasi, suhu dan RH di Indonesia. 1.3 Manfaat Manfaat dari penelitian adalah : 1. Dapat digunakan sebagai prediksi tentang cuaca di bumi berdasarkan hasil pemantauan aktivitas permukaan matahari khususnya sunspot 2. Sebagai bahan masukan bagi pengetahuan Meteorologi khususnya Meteorologi Fisik
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bintik Matahari (Sunspot) Sunspot (bintik/noda matahari) adalah daerah di lapisan fotosfer yang temperaturnya lebih rendah (4000 – 4500 K) daripada daerah di sekelilingnya (6000 K). Itu disebabkan oleh turunnya suhu dipermukaan matahari. Kecermelangannya kira-kira seperlima fotosfer normal. Sunspot nampak sebagai noda-noda gelap, biasanya muncul di daerah sekitar ekuator matahari (antara lintang -30° dan +30°). Noda-noda gelap, dan daerah-daerah aktif yang dikenal dengan nama faculae. (Elliyati, 2001) Bintik matahari sebenarnya adalah badai massa gas elektrik yang berpusat suram. Dalam gerakannya melintasi permukaan matahari, bintik tersebut menciptakan kegaduhan magnetik yang besar dan mempengaruhi peralatan elektrik dan magnetik di Bumi. Bintik matahari memiliki ukuran yang besar dan jumlahnya berubah-ubah dalam daur sepanjang 11 tahun dan berpengaruh terhadap kegiatan matahari.
Gambar 1. Mekanisme terbentuknya Sunspot Sumber: http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/sun/atmosphere/sunspot_magnetism.html Menurut Hathaway, Wilson dan Reichmann (2002) Jumlah bilangan sunspot yang muncul dinyatakan dalam bilangan sunspot yang di hitung berdasarkan perhitungan secara empiris dan tidak persis tepat keseluruhan permukaan matahari. Perhitungannya dikemukakan dan dirumuskan oleh R. Wolf pada tahun 1948 sebagai berikut R = K (10 g + f) ….…………...(1) di mana R = bilangan sunspot K = faktor reduksi yang bergantung pada metode pengamatan dan teleskop yang digunakan (untuk perhitungan Wolf digunakan f=1) f = total bilangan sunspot yang tampak pada matahari g = jumlah grup sunspot Menurut Elliyati (2001) ada dua jenis pengelompokan sunspot, yaitu Klasifikasi Zurich dan Klasifikasi Mount Wilson. Pada dasarnya sunspot dikelompokkan berdasarkan polaritasnya (unipolar/bipolar) dan kekompleksannya (apakah mempunyai penumbra atau tidak, banyak/sedikitnya titik sunspot dalam satu grup).
Data sunspot ditampilkan sebagai Bilangan Wolf (Wolf Number), yaitu jumlah grup sunspot dengan titik-titik sunspot secara keseluruhan, dikali suatu konstanta. Bilangan Wolf (harian maupun hasil perataan setiap bulan) digunakan sebagai parameter aktivitas matahari. Meskipun penentuan bilangan sunspot tersebut bukan berdasarkan pengamatan total permukaan matahari, tetapi cukup mewakili variasi perubahan aktivitas matahari dari tahun ke tahun. Rata-rata periode sunspot adalah 11.1 tahun yang merupakan hasil rata-rata pengamatan selama 80-90 tahun, dimana periode satu siklus sunspot bervariasi antara 9-14 tahun. (Hathaway, et al 2003) Sunspot terbentuk akibat adanya aktivitas magnetik di dalam matahari. Rotasi matahari di khatulistiwa lebih cepat dari pada di daerah kutub, sehingga garis magnetik mengalami pembelokan akibat adanya gaya koriolis. Dengan terjadinya pembelokan garis magnetik tersebut maka akan terbentuk sebuah bidang magnetik yang lebih besar. Bidang magnetik ini menyebabkan peredaran bahang terhambat dan memunculkan bintik pada matahari. Bintik pada matahari ini terbentuk berpasangan dan memiliki kutub yang berbeda, bintik satu mempunyai sifat
