Fj
●
`
JURNAL METEOROLOGI DAN GEOFISIKA Vol.1l No.1‐ Ju五 2010 1SSN:1411‐ 3082 Jumal Metcorologi dan Geofisika
PENGAIITAR
merupakan jumal riset yang diterbitkan
olch Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofrsika sebagai sarana rmtuk metrdokumentasikan hasil pencapaian perelitian di bidang Meteorologi, Klimatologi, Kualitas Udara, dan Geofisikr. Te6it 2 kaii dalam setahui!
Puji syukur kita panjatkan kehadirat Tuhaa Yang Maha Es4 karcna hanya atas pertenanNya saja Jumal Metmrologi dan Geofisika Volume I I Nomor I - Juli 20 I 0 bisa teftil Edisi kali ini merupakan edisi pcrtama kali setelah metrdapatkan akeditasi dengan nilai B dari LIPI. Jumal Meteorologi dan Geofisika Volume ll Nomor I - Juli bulan Juli dan November. Te6it pertama 2010 memuat delapan makalah. Makalah pertama membahas kali tahun 20fl). Memperolch akeditasi tentatrg Simulasi prcdiksi probabilitas awal musim hujan dan dari LIPI sebagai jumal ilmiah dengan panjang musim hujan di ZOM 126 Denpasar. Makalah kedua nilai B, dengan nomor akreditasi: membahas tentang p€nentuan kedalaman kerak bumi dengan teknik 249 I Aked-LlPUY2MBY05/20 I 0 stacking H-K meaggunakan MAILAB padl d^t^ s]fl.tetiJK receiver function. Makalah ketiga membahas tentang peftandingan hasil PENANGGI'NGJAWAB!
DRk
Sri Woio B. Harijono, M. Sc.
Kepala Badan Meteorologi, Klimatologi dan
Geofisika
REDAXTI,JR; Drs. I Putu Pudja,
MM
MITRA BESIARI: DR. Andi Eka Sakya M. Eng.
Profl DR.Bayong Tjasyono.HK DEA
Proi DR.
No
Sri
Mdiyaotoro
DR. Guawan, DEA DR. Wsodono DR. Edvin Alclrian Drs. R. M. Prabowo, M.Sc
luaran model prakiraan ataca conformal-cttbic atmospheric model (CCAM) terhadap ARPEGE dan TLAPS. Makalah keempat
membahas tentang aplikai ROC untuk uji kehandalan model HyBMG. Makalah kelima membahas tentang detsksi potensi gerak vertikal amosfer di atas wilayah Bandung dan sekitamya. Makalah keenam membahas tentang analisis claerah endemik bencana akibat cuaca ekstri.m di Sumatera Utara. Makalah ketujuh membahas lentang hasil perhitungan efisiensi termal PLTGU dan peluangnya sebagai penyumbang pemanasan udar4 sedangkan makalah ke delapan membahas tentang Implemenlasi perhitungan receiver
lncrrbz unnrk
gemp
a
)atJh (teleseis m ic) menggunakan
MAILAB.
Demikian deskripsi singkat mengenai makalah-makalah dalam Jumal Meteorologi dan Geofisika Volume l0 Nomor t - Juli 2010 kali ini. Semoga dapat memberikan manfaal bagi pembaca. Terima kasih dan selamat membaca.
Redaksi Gembrr sampul:
SEKRETARIAT REDAKSI: GuswaDto, M.Si Thomas Hardy, ST
TriAstuti Nuraini, M.Si Drajat Ngadlns!to, S.Si
atas
: - Wilayah Indian Ocean Dipole Mode (IODM) Sea Surface Temperature (S ST) Gambarbawah : - Fungsi receiver komponen radial sebagai fungsi
Gambar
waktu dari model kecCpatan
ALAMATREDAKSI: Pus&t Penelitian dan Pengembangan
Badan Meteorologi, K.limatologi dan Geofisika I. Aiekasa I No.2, Kemayoran, Jakarta 10720 Telp | (021) 4246321 ext.2322 Fax : (021) 65866238, e-mail :
[email protected] Website : http://puslitbang.bmkg. go.id
PENENTUAN KEDALANIノ ロヾKERAK BUル lI DENGAN TEKNIK STACKING H‐ K ⅣIENGGUNAKAN ⅣIATLAB PADA DATA SINTETIK
RECEIVER FUNCTION
2 ″″ちPap“ ′ 箸Swsilc“わ "″ α″ 降 ″ α施 ″α οra"rty"Gι げ Sttα ,力 ″ Sa"Fisi■ aじGM,S●k"υ ′ `Zα う 2PIs″ めα″gB″ KG Ja■ arra
1,Draic′ N■● 力
〃″″助 ηα
"α
ИβsEuF
″b“ ガ 滋α g′ ″ α ,s"lt′ ″″bα 142α 力′ 初ωf"′ ″ ′た 7z`“ ′ ′ 0ル ″ 力sα ″″ο ″α `""“ `滋 ノ '7t/● “ αわ″j″ あたみ′″ル滋″″ ““ わ″ ″C′ ルα ル″ おα ″″′ sη Cri。 ″ 焔″ "J● ″c′ j“ ″/7“ α ttraヵ 'α b"bα ttPs″ 電 asI“ ″ ′″力 滋 ガカ Sι ″ ″r′ ″2■響 ″α肋 ″:4/● ル′αね α″ル ″たb“ "jル “ “ “ イ α baras"α ″″卜降 rαカ gS′ α b● ″ ″ g′ ′ 0“ θ α “ gP″ gι ′ ο bα ″ ″ ね′ ″ α 4ソ ″響 α肋 ″わ ″ツθ/s'あ ′ “ ″α″カ ガ ″α″″″らα力 s′ /asa″ あ bα 電 ggtr"α 趨 ″bα ″′ ,電滋 ル ″渤 “ga″ ″′″ わ J./蒻ヽ :″ ′ “
レ 申聯働鰐勁齢郷 顆 撤霧 ““
s`α C17″
g bars‐ α ′ ″tSaboα /32た 羽滋″38ん α″ r/ar′ た あ′ α″α わたカカ′ gμ κ ブ ガ′″′ "ッ “ " "j"た
■3θ I Sα ″'α s'″ g sabarツ α ″K″ αsi″ g′ ηα ′た ″ gα ″ff′ α gα ″′ ′ g ab17α ムP′ rlli′ ″ ′ι ′ッα″ aga″ ″ο ′′ α “ 2θ ル ″た′ 滋 Sノ α ′3θ f X 3θ ′肋 ″ ′所 :″ ″ga"“ げ ″ε′ ″rt`″ ε″。リ グ rル 趨 ″Wα A7● ρ rra″ “ 'v′ Cο do″ οε′SSο ″′ ′I〕 lrα ′ たo商 吻ptrr′ ′dellgα ″ρ″ ^σ "`´
`物
Kata kunci:rccciVcr finction,stacking H―
"α
sα ′26J_‐ ´ ο′ わ′ "′ “ “ 's′
K,MATLAB
/Bstucr b″ ′ ″J″ b″ οο お′ ″′ ο
O″
′ JO″ α み 0“
arrl ζs″ rrac`な ″c′ レ″ ル′ ルι ″ε ″ bα でα
"α `s′ `グ ″α たげ泌′助″力な0"暦 ′′ οω″ 力 0ど お′ グカ ′ ″″ “ av′ ″ ι /1t″ ε η′グ″ι ル″ ″動οb“ たoο ′ `力
`′
'ο ンS,71g′
力ぉ ′ル リ
Jο
0′
αεο″ν′お iο 、 卜 o"P″ αν´40´ α Jο ″わ 中 閾 α″ο″rla722 PS″ αツθw″ ε力お
S″ αr
r認;務 協ζ l解 7撃 霊 t″ f'Ci猥 脇 嘉 筋 篤協獄筋 霧 協 α ″′ ο ″″α α グο ε ね ッ ′ わ ″ お αッ οα ″ι ′ をお α カ ッ ο″ο の ′ν ノ ″′
,協 i“ lrs,″
gハ
b“
,′
`カ
38 Aplげ の 清 た οb″
′ η
`力
j″
`'夕
'ο
′グ働α′ルι′9′ 力〆 ε″ sr
ll J`力
′崚 J″ ′
7gο
ε´α″ αbO″
Sr
肋 乃 ω´ α ″3∂`32筋 `写 “f77た ′ ′ `32肋 Cο ″ α ″ wj′ 力
ο ″ お0″ αCο 771p″ ‐2θ s′ε ′ θ l i″ λ あヶ ο ′ ο ″ グ 湯′ν `″ “ 力ο″οι た′wiル 3θ ノ,3θ ノsattυ ルsのr〃 α″′K οιαた●わた ′ ッ グ 2G滋 ′
s cο /reψ
wJ訪 ′ “ "ο
dを
,′
cプ
`ο
Key words:reccivCr nanction,stacking H― K,ヽ Lヽ TL俎
Naskah inasuk :15 Marct 2010 Naskah ditcHIna1 25 Juni 2010
14
JLIRNAL METEOROLOCI DAN CEOnSIK、 VoLmlEll NOヽ 10R l TAHUN 2010:14‐ 19
P"α
I. PENDAHULUAN Pengamatan sinyal gempabumi di seluruh dunia memungkinkan para ahli seismologi
untuk mengetahui struktur intemal dari bumi terutama kerak buminya. Salah satu cara yang dapat dipakai untuk mendapatkan informasi tersebut adalah dengan menggunakan data receiver funcliott Keuntungan dari receiver function ini adalah pada kemampuannya untuk bisa memodelkan struktur di bawah stasiun
pengamatan gempa hanya dengan menggunakan satu buah seismometer 3
komponen. Biasanya cara yang digunakan unhrk mengetahui struktur bum adalah dengan meggunakan banyak station (misalnya teknik array atau teknik tomografi). Metode receiver function ini c\kvp populer dan terbukti mampu merekonstruksi struktur di bawah permukaan dengan tingkat kesesuaian dengan informasi geologi dan informasi dengan metode geofisika yang lain dengan cukup tinggi (misal: SchultePelkum,2005)'. Beberapa penelitian mengenai penentuan struktur bumi dari data receiver function ini diantaranya dilalcukan oleh Ammon et al (1990)'z yaitu dengan melakukan inversi untuk memodelkan struktur kecepatan di bawah stasiun pencatat gempabumi. Kesulitan dari teknik invers data receiver lunct io n diantaranya adalah kompleksitas datanya karena biasanya fase-fase gelombang setelah gelombang P
bercampur dengan koda karena heterogenitas strukhrr di dekat permukaan b"mi- Untuk itu dalam paper ini akan diimplementasikan salah satu teknik pemrosesai dalta receiver function, yaitu metode stack H-K berdasarkan teknik yang dikembangkan oleh Zhu dan Kanamori,
(2000)3 dengan menggunakan bahasa MATLAB. Dengan bahasa MATLAB diharapkan program ini lebih dinamis terutama
dalam menggambarkan hasil perhitungannya dalam bentuk grafis dan altar muka dengan sarana-sarana yang lain di dalam MATLAB (Tool Box). Keuntungan ini tidak diperoleh pada program yang dibuat dengan bahasa pemrograman yang lain, misal fortran atau c++.
II.
DATADANMETODE 2.1. Data Data yang digunakan untuk studi ini adalah
data sintetik yang dibangkitkan dari suatu model maju receiver function dengan model kecepatan lapisan bumi seperti yang
I dan tabel 2. Model kecepatan lapisan bumi ini dibuat kontras kecepatan padakedalaman 32 km pada model l, dan 38 km pada model 2. Kontras kecepatan ini ditunjukkan dalam table
menggambarkan perbedaan kecepatan yang mencolok pada batas antara kerak bumi dan mantel.
Tabell. Model kecepatan lapisan bumi I unruk mendapatkan data sintetik I 3,18
1,73
10,5
3,64
I,731
4,50
1,733
０
一
2,
Lapisan
iy"r.f,,,!,o"'
5,5 ６ ，
Tabet
rece
Model kecepatan lapisanbumi Ketebalan, km
2 untuk mendapatkan data
sintetik2 receiverfunction.
Vs, km/s
Vp/Vs o
3,64
1,73t
4,50
|,733
5,5 13,5
J
19,0
{
PENENTUAN KEDALAMAN KERAK BUI\II DENGAN TEKNIKSTACKING H-X MENGGUNAKAN MATLAB PADA DATA
SINTETIK RECEIVER FUNCTION WhlitSt ryanlo, Drajal Ngad a^to, Pupungsusihnlo
15
2.2. Metode
antara lain dalam Langston (1977) dan Owens
2.2.I . Konsep Dasar Stacking H-x
et al.
Receiver funclion
dari
gelombang teleseismik menggambarkan struktur kerak bumi di sekitar stasiun penerima (receiver),
yang diperoleh dengan cara mendekonvolusikan komponen gerak radial dengan fungsi wakhr dari sumber gempanya. Biasanya fungsi waktu dari sumber gempa bisa didekati dengan menggunakan komponen vertikal dari rekaman seismik 3 komponen. Dalam banyak kasus, biasanya fungsi waktu dari sumber dapat diperoleh dengan menj umlahkan (stacking) komponen vertikal
untuk beberapa even gempa yang terekam pada sebuah stasiun gempabumi. Sractr'ng ini bisa
juga dilakukan untuk sebuah even
yang
direkam oleh beberapa stasiun penerima yang saling berdekatan (array seismic) terutama apabila jumlah event gempanya sedikit.a Detil perhitungan receiver function dapat ditemukan
(1984)5. Implementasi perhitungan receiver function dalam bahasa MATLAB telah dilakukan oleh Suryanto et al (2010)6.
Informasi mengenai perkiraan kedalaman kerak bumi di bawah stasiun pencatat gempa dapat diperoleh dari rekaman data receiver function pada komponen radial yang didominasi oleh konversi energy gelombang P ke S dari pantulan-pantulan pada perlapisanperlapisan di bawah kerak bumi. Karena kontras kecepatan pada batas antara kerak bumi dan mantel (Moho-discontinuiry) yang cukup besar, biasanya fase gelombang konversi pada batas Moho ini (Ps) terlihat paling besar pada kol4ponen radial receiver function. Sebagai ilustrasi dapat dilihat pada Gambar I yang merupakan komponen radial receiver funclion
sintetik hasil perhitungan
dengan
menggunakan model kerak bumi sebagaimana yang diberikan dalam Tabel l.
む ■３
PpP・
0
0r
,ry
Pハ 。 ヽPI
H&rl'rrrl Gambrrl.
Fungsi receiver komponen radial sebagai fungsi waktu dari modcl kecepatan sebagaimana yang diberikan dalam
Tabel
l.
Dari model sintetik inijelas sekali kelihatan fase gelombang Ps, PpPs, dan PpSs+PsPs, masing-masing pada t sekitar 4 detik, 14 detik dan 17 detik. Indeks fase dalam huruf kecil
(I1) dengan persamaan:
L
H=
berarti lintasan sinargelombang ke arah atas.
Zhu dan Kanamori, 2000,3
merumuskan hubungan antara selang waktu kedatangan fase gelombang P dan Ps (Tr) dengan kedalaman bidang batas kecepatan di bawah permukaan
16
p
adalah parameter gelombang. vP danvS masing-masing adalah kecepatan gelombang P dan S. Menurut Zhu dan Kanamori,l penggunaan fase gelombang ini dengan
JURNAL METEOROLOCI DAN CEOFISIKA VOLUME ll NOヽ 10R l T4HUN 2010:14‐
19
sangat baik karena hampir tidak terpengaruh oleh pengaruh heterogenitas kearah lateral,
dalam domain
sehingga sangat cocok untuk keperluan pengukuran dengan stasiun anggal Qtoint me asureme n t). Lebih jauh, dengan menggabungkan dari banyak titik pengukuran,
s(H,
citra model struktur di bawah permukaan dapat digambarkan sehingga mirip dengan image
yang diperoleh dengan menggunakan teknik tomografi. Dalam kenyataanya, untuk data pengamatan
(observed data), biasanya penentuan fase gelombang Ps ini tidak mudah, karena biasanya fase ini bercampur dengan koda dari gelombang
P dan fase-fase dari perlapisan-perlapisan di dekat permukaan bumi, serta derau dari latar dan juga hamburan. Untuk itu, selaindengan menggunakan fase Ps, digunakan juga fase PpPs dan PpSs+PsPs untuk memperkuat hasil perolehan fungsi s(H,x). Hubungan waktr,r tiba
kedua fase gelombang tersebut
Cengan
ketebalanadalah
卜 肝
つ´
+肝
H=:貫 糟 ￨≒
争
Untuk melakukan estimasi ketebalan kerak,
H-r,
dengan menggunakan
persamaan
r) = wrr(tr) + w2r(t)
- wlr(t)
(4)
(t)
adalah ,receiver function pada komponen radial, tr, t- dan t3 adalah wakhr tiba perkiraan fase-fase Ps, PpPs dan PpSs+PsPs
dengan
(Persamaan
l-3) untuk model kecepatan
H dan Vr/V"(x). Xwi adalah faktor pembobot dengan kriteria Xw-i=0?. Nilai s(Il,r) akan tinggi pada pada saat ke tiga fase gelombang tersebut memiliki koherensi dengan kedalaman
maksimum ketika di stack pada saat nilai H dan yang bersesuaian dengan kondisi nyata.
Pengujian pada Data Sintetik Tahap pertama dalam melakukan uji metode
H-k ini adalah
dengan dengan model uji membangkitkan beberapa nilai seperti yang ditunjukkan pada Tabel I dan Tabel 2. Hasil perhitungan komponen radial receiver function dari model pada Tabel 2 ditunjukkan oleh Gambar 2. Dari Gambar 2 ini terlihat bahwa fase-fase gelombang Ps, PpPs dan PpSs+PsPs terlihat dengan jelas. Pada model ini, kontras yang paling besar dibuat
penjumlahan
terjadi pada kedalaman 38 km yang kita anggap merupakan batas antara kerak bumi dengan mantel bumi (Lapisan Moho). Sedangkan pada model uj i berdasarkan Tabel 1 , kontras terbesar dibuat pada kedalaman 32 km.
dilakukan stacking data receiver function
Ｏ ｍ “
［ Ｅ“︺ｃｏＥ●る０●望
︱ＩＪ
Ｌ コ ー
“ “
W輌 コ
l●
ヽth′ dl
etlkl
(b)
(a)
Gambar 2. (a)Kompoten ndial receiver furctior yang dihitung menggunakan model seperti yang diberikan pada Tab€l 2. (b)model kecepatan lapisan pada Tabel 2 yang digunakan untuk mendapatkan komponen ladi^l receiver function.
PENENTUAN KEDALAMAN KERAK BUMIDENCAN TEKNIK STACШ SINTETIK RECEIVER FtlNCT10N ″ ″″S“ ●●J● ,D″ α =Ng面 α"ra,Pり
“"gS“
si=α ″
"
NC H‐ K
MENCCUNAKAN MATLAB PADA DATA
17
III.
telah dibuat. Pada gambar 3a tampak koherensi
masing pada kedalaman 32 km dan 38 km yang sangat bersesuaian dengan model-model yang
maksimun pada kedalaman 32 km, hal ini menunjukkan kesesuaian dengan data sintetik I dimana kontras kecepatan berada pada kedalaman 32 km seperti model kecepatan lapisan bumi I (Tabel l). Sementara itu, pada gambar 3b memperlihatkan dengan jelas koherensi maksimum pada kedalaman 38 km sesuai dengan kontras kedalaman model kecepatan lapisan bumi 2 (Tabel2).
HASILDAN PEMBAHASAN Hasil perhitungan s(I/-r) untuk receiver function dari kedua model sintetik yang dibuat berdasarkan model kecepatan lapisan bumi diatas ditunjukkan oleh Gambar 3. Dari Gambar 3 tersebut didapatkan koherensi maksimum terjadi pada kedalaman yang menjadi target data sintetis, yain"r masing-
… 崚 “
Gambar3.
O
"
回
α
o● ￨
￨￨●
o ll
● ●4
● ●1
0
●●l
αo4
●●1
0●
“
(a)
(b)
H-r plot untuk receiver.rfrnction
I
dan Gambar 2. Koherensi maksimum terjadi pada kedalamanmasing-masing 32 km dan 38 hn sesuai dengan model sintetik yangdibuat. serP.fii pada Gambar
Kesesuaian kedalaman antara koherensi maksimum pada gambar H-x dengan model kecepatan lapisan bumi menunjukkan bahwa perhitungan dengan menggunakan stacking Hcukup akurat untuk menentukan kedalaman
batas kontras kecepatan yang biasanya menunjukkan batas kerakbumi dengan mantel.
Perhitungan stacking
H dan x dari
data
receiver function ini tidak memerlukan waktu yang lama. Menggunakan computer PC normal (Intel Dual Core, Memory 2 Gb) perhitungan hanyaperlu sekitar20 detikdengan grid r danH
sebanyak masing-masing 301 x 301 buah. Dengan demikian program ini cukup efisien
untuk diterapkan pada data-data
lapangan
untuk memetakkan kedalaman kerak bumi di bawah stasiun pengamatan gempabumi.
menggunakan metode H-r stack dengan akurat dan efisien. Pengujian menggunakan data-data
receiver functian sintetik menunjukkan kemampuan program ini mendapatkan kedalaman dimana kontras kecepatan yang cukup besar terjadi. Kontras kecepatan yang cukup besar ini biasanya te{adi pada bidang batas antara lapisan kerak bumi dan mantel (Moho discontinuity). V.
UCAPANTERIMAKASIH
Terima kasih yang sebesar-besamya kami ucapkan kepada Pusat Penelitian dan Pengembangan BMKG yang telah mendanai penelitian ini melalui kegiatan penelitian Analisis Prediltibilitas dan Pengembangan Model Gempabumi dan Tsunami tahun anggaran 2009.
IV. KESIMPULAN Dari penelitian ini telah dihasilkan sebuah
program berbahasa MATLAB untuk memperkirakan ketebalan kerak bumi
18
JURNAL METEOROLOCIDAN GEOFISlKAヽ
YI. DAFTAR PUSTAKA '
S"hrlt"-P"lko-, V., Monslave, G., A., Pandey, M.
Sheehan, R., Sapkota, S., Bilham,
OLUヽ IE llヽ 0ヽ :OR l TAHUN 2010:14‐ 19
R., andWu, F.,20O5. Imaging the Indian
s
subcontinent beneath the Himalaya, Nature, 43 5, 1222-5, doi:.
teleseismic body waves. J. Geophys. Res.
10.103S/nature03678.
84,47494762.
'Arnrnon, C.J., Randall, G.E. and Zandt, G., 1990- On the nonuniqueness of receiver function inversion, J. geopys. Res. 95, pp. 15303-15318. 3
Zhu, L. and Kanamori, H., 7000. Moho depth
varidtion in southern Califontia from teleseismic receiver functions . loomal Geophysical Research, 1 05(82) n
of
L. and Jacobsen, B. H., 2007. Absolute S-velocity estimation from receiver function. Geophys. J. Int, 170,
Svenningsen,
A., 1979. Strucure under Mount Rainien Washington, inferred from
Langston, C.
6
Owens, T. J. and Crosson. R.S., 1988. Shattow
structure effects on broadband
teleseismic P waveform, Bulletin of the Seismological Society of America, v.77,
pp:96-108.
' Su.y-toW.,
201 0. Implementasi Perhitungan
Receiver Function untuk gempa iauh (teleseismic) menggunakan MATLAB. Submitted to Jurnal Geofis ika Meteorologi BMKG, Jakarta.
pp. 1089-1094.
PENENTUAN KEDALAMAN KERAK BUMI DENGAN TEKNIK STACKING H.r< MENGGI]NAXAI! MATLAB PADA DATA
SINIETIK RECEII'ER FT]NCTION W|*tu SuryaDto, Dralat Ngadmo|,o, Pupsng Susilcn,o
19
