METODE BARU PRAKIRAAN SIKLUS AKTIVITAS MATAHARI DARI ANAL1SIS PERIODISITAS Thomas Djamaluddin Bidang Matahari dan Antariksa, LAPAN Bandung
[email protected],
[email protected] ABSTRACT Periodicity analysis indicates t h a t sunspot n u m b e r is better to be u s e d as the base of solar activities prediction. The main periodicity (of about 11 years) is relatively c o n s t a n t so t h a t it can be u s e d in long-term prediction several cycles a h e a d . F o r prediction, wavelet analysis of all d o m i n a n t periods h a s to be done on any cycle to be u s e d in reconstructing the cycle pattern a n d for predicting t h e next ones. The relationship between length of cycle a n d m a x i m u m amplitude is u s e d to predict the peak of a cycle. Prediction tests of several cycles indicate t h a t this new method is accurate enough in predicting cycle pattern a n d m a x i m u m amplitude several cycles ahead. The ability in predicting several cycles ahead may be the superiority of this method over t h e precursor method considered to be relatively the most accurate nowadays. ABSTRAK Analisis periodisitas menunjukkan b a h w a bilangan sunspot lebih baik digunakan sebagai d a s a r prakiraan aktivitas matahari. Periodisitas u t a m a n y a (sekitar 11 t a h u n ) relatif k o n s t a n sehingga dapat digunakan u n t u k prakiraan j a n g k a panjang beberapa siklus ke depan. Untuk keperluan prakiraan, dilakukan analisis wavelet s e m u a periode dominan p a d a s u a t u siklus u n t u k digunakan m e r e k o n s t r u k s i k a n pola siklus tersebut d a n u n t u k prakiraan s i k l u s berikutnya. H u b u n g a n panjang siklus d a n amplitude m a k s i m u m d i g u n a k a n u n t u k m e n d a p a t k a n prakiraan p u n c a k siklus. Uji coba p a d a b e b e r a p a siklus m e n u n j u k k a n metode baru ini c u k u p a k u r a t m e m p r a k i r a k a n pola d a n amplitude m a k s i m u m beberapa siklus ke depan. K e m a m p u a n prakiraan beberapa siklus ke depan m e r u p a k a n keunggulan metode ini dari metode p r e k u r s o r yang s a a t ini dianggap relatif paling akurat. Kata kunci:
sunspot, metode prakiraan,
wavelet, siklus matahari
1 PBNDAHULUAR Sebagai penggerak u t a m a c u a c a antariksa, m a t a h a r i selalu dipantau d a n diprakirakan aktivitasnya. Banyak sektor kehidupan m a n u s i a yang s a a t ini s a n g a t t e r p e n g a r u h d e n g a n aktivitas matahari. Teknologi satelit y a n g digunakan u n t u k telekomunikasi, p e m a n t a u a n c u a c a bumi, p e n g a m a t a n s u m b e r d a y a alam, d a n p e m e t a a n p e r m u k a a n bumi sangat terpengaruh dengan aktivitas m a t a h a r i . Demikian j u g a teknologi telekomunikasi yang 66
memanfaatkan ionosfer sebagai pemantul gelombang radio atau teknologi GPS yang terganggu oleh variabilitas ionosfer dalam p e n e n t u a n posisi berbasis satelit. Ionosfer s a n g a t terpengaruh oleh aktivitas m a t a h a r i . Induksi elektromagnetik akibat m a s u k n y a partikel berenergi tinggi dari m a t a h a r i ke bumi sering b e r d a m p a k r u s a k n y a instalasi listrik d a n jaringan pipa j a r a k j a u h di negara-negara lintang tinggi. Prakiraan aktivitas matahari, baik j a n g k a panjang m a u p u n j a n g k a pendek sangat penting u n t u k mengantisipasi kemungkinan d a m p a k yang ditimbulkannya. Banyak metode telah digunakan u n t u k memprakirakan siklus aktivitas matahari. Metode u n t u k memprakirakan amplitude m a k s i m u m siklus berikutnya misalnya yang dikembangkan oleh Thompson (1993) d a n metode lain yang diulas oleh Li et al. (2001) serta rujukan di dalamnya. M e n u r u t Li et. al. (2001), dari sekian banyak metode yang dikembangkan selama ini u n t u k memprakirakan amplitude maksimum, metode prekursor geomagnet adalah yang paling akurat, a n t a r a lain yang diusulkan Thompson (1993). Namun, metode p r e k u r s o r geomagnet tidak m a m p u memprakirakan panjang s u a t u siklus. Makalah ini melaporkan hasil penelitian dalam pengembangan metode baru untuk memprakirakan siklus matahari berdasarkan analisis periodisitasnya berbasis wavelet. Ada tiga versi yang telah dianalisis. Pertama, menggabungkan dengan metode prekursor geomagnet yang dikembangkan Thompson (1993) u n t u k m e n e n t u k a n amplitude maksimumnya. Kedua, analisis periodisitas dipisahkan u n t u k masing-masing hemisfer, kemudian disuperposisikan d a n digabung dengan metode prekursor geomagnet. Ketiga, sepenuhnya m e r u p a k a n metode baru berdasarkan analisis periodisitas dengan menggunakan h u b u n g a n panjang siklus d a n amplitude maksimum. Sebelum m e m b a h a s metode yang dikembangkan, pertama a k a n dianalisis parameter aktivitas m a t a h a r i yang paling baik tingkat prediktibilitasnya. 2 DATA DAN PENGOLAHANNYA Aktivitas m a t a h a r i dinyatakan dengan beberapa parameter. Untuk memilih y a n g paling baik prediktibilitasnya, dianalisis beberapa parameter aktivitas m a t a h a r i , yaitu bilangan sunspot (bulanan), grup sunspot (tahunan), u m b r a - p e n u m b r a ratio (U/P, t a h u n a n ) , kejadian flare (bulanan), fluks 10.7 (harian), d a n solar faculae (tahunan). Untuk keseragaman analisis dari d a t a yang tersedia, rentang d a t a dikelompokkan menjadi j a n g k a panjang (1875 1964) d a n j a n g k a menengah (1965 - 1981) (Tabel 2-1). Untuk menganalisis periodisitas parameter aktivitas matahari digunakan metode Weighted Wavelet Z-Transform (WWZ, Foster 1996) yang perangkat lunaknya (WWZ) dikembangkan oleh the American Association of Variable Star Observer (AAVSO, http://www.aavso.org). Evolusi periodisitas ditunjukkan dengan k o n t u r y a n g m e n g g a m b a r k a n p e r u b a h a n periodisitasnya dari t a h u n ke tahun. K e m u n c u l a n periode dominan d a n evolusi bagi masing-masing-masing parameter aktivitas m a t a h a r i kemudian dianalisis dan dibandingkan. 67
Tabel 2 - 1 : PENGELOMPOKAN DATA, RENTANG DATA, DAN SUMBER DATA Data j a n g k a panjang (1875-1964) J e n i s Data Sumber Bilangan s u n s p o t SIDC (2005)
Data jangka m e n e n g a h (1965-1981) Sumber J e n i s Data Bilangan sunspot
SIDC(2005)
Grup sunspot
Hoyt (1985)
Grup s u n s p o t
Hoyt (1985)
U / P ratio
Hoyt (1985)
U / P ratio
Hoyt (1985)
Faculae
Lamb (1972)
Kejadian Flare
NAO (1995)
F10.7
DRAO (2005)
Data sunspot bulanan diperoleh dari SIDC (2005). Data yang digunakan adalah d a t a smoothed (yang dihaluskan) s a m a seperti yang digunakan p a r a peneliti lain dalam prakiraan siklus aktivitas matahari. Untuk analisis lebih lanjut d i g u n a k a n d a t a s u n s p o t berdasarkan hemisfernya, belahan u t a r a (Rn) d a n selatan (Rs). Data bilangan sunspot hemisfer u n t u k t a h u n 1975 - 2000 (datasetl) diperoleh dari h t t p : / / c d s w e b . u - s t a r s b g . fr/cgi-bin/qcat?J/A+A/ 3 9 0 / 7 0 7 (Temmer, et al. 2002). Sedangkan u n t u k t a h u n 1992 - 2005 (dataset2) dari SIDC, http://sidc.oma.be. Data pada rentang waktu yang s a m a 1992 2000 menunjukkan perbedaan yang kecil dengan perbandingan d a t a s e t l / d a t a s e t 2 r a t a - r a t a 0.98 u n t u k Rn d a n 0.99 u n t u k Rs. Dengan demikian k e d u a d a t a s e t tersebut dianggap homogen, dari d a t a s e t l diambil rentang 1975 - 1991 d a n dari dataset2 diambil rentang 1992 - 2 0 0 4 . U n t u k rekonstruksi d a n prakiraan siklus aktivitas matahari, analisis periodisitas dilakukan p a d a titik-titik minimum, fase naik, m a k s i m u m , fase t u r u n , d a n m i n i m u m berikutnya. Kemudian dilakukan rekonstruksi dengan p e r s a m a a n empirik yang dikembangkan. Persamaan tersebut yang digunakan u n t u k p r a k i r a a n siklus berikutnya. Amplitude m a k s i m u m dicobakan dari prakiraan metode prekursor geomagnet d a n metode h u b u n g a n amplitude m a k s i m u m d a n panjang siklus, kemudian dibandingkan. U n t u k d a t a yang dipilah b e r d a s a r k a n hemisfernya, hasil rekonstruksi d a n prakiraan masingm a s i n g hemisfer k e m u d i a n disuperposisikan. Hasil analisis u n t u k s u n s p o t total d a n s u n s p o t hemisferik dibandingkan u n t u k m e n d a p a t k a n metode yang paling a k u r a t . Analisis berikutnya menggunakan metode baru h u b u n g a n panjang siklus d a n amplitude m a k s i m u m dalam m e n e n t u k a n prakiraan p u n c a k aktivitas m a t a h a r i , menggantikan metode prekursor geomagnet. Data panjang siklus d a n bilangan s u n s p o t m a k s i m u m yang digunakan diambil dari ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/SUNSPOT_NUMBERS/maxmin. Dari analisis d a t a diperoleh h u b u n g a n a n t a r a panjang siklus d a n amplitude m a k s i m u m . Untuk prakiraan, panjang siklus dapat diperoleh dari pola siklus hasil prediksi (dari saat sunspot minimum ke minimum berikutnya). Dengan 68
demikian dapat diperoleh metode prakiraan aktivitas matahari sepenuhnya baru dengan analisis periodisitas yang dikembangkan.
yang
3HASIL 3.1 Hasil Analisis Parameter Aktivitas Matahari Periodisitias enam parameter aktivitas matahari yang dianalisis ditunjukkan dengan kontur-kontur evolusinya. Ada beberapa sifat umum yang tampak, antara lain munculnya periodisitas sekitar 11 tahun, tetapi dengan sifat evolutif yang agak berbeda. Pada Gambar 3-1 ditunjukkan periodisitas antara 1 - 8 0 tahun untuk bilangan sunspot, grup sunspot, faculae, dan U/P ratio. Pada umumnya tampak adanya periodisitas sekitar 11 tahun, walaupun pada U/P ratio dan solar index tampak kurang jelas. Periode jangka panjang, sekitar 80 tahun, sekitar 25 tahun, dan sekitar 18 tahun juga muncul, tetapi bukan merupakan sifat umum. Evolusi periodisitas secara lebih jelas ditunjukkan pada Gambar 3-2. Tampak bahwa periodisitas sekitar 11 tahun tidak konstan, tetapi berevolusi. Hal yang menarik dari penelitian ini, adalah adanya kemiripan sifat evolusi periodisitas bilangan sunspot, grup sunspot, dan faculae. Pada U/P ratio periodisitas sekitar 11 tahun tidak tampak jelas. Karena ketersediaan data kejadian flare dan F10.7, kedua para meter aktivitas matahari itu dibandingkan dengan bilangan sunspot, grup sunspot, dan U/P ratio untuk rentang waktu 1965-1988. Secara umum, periodisitas sekitar 11 tahun muncul pada ke lima parameter tersebut. Namun, evolusinya menunjukkan kekhasan masing-masing. Bilangan sunspot, grup sunspot, dan F10.7 menunjukkan periodisitas relatif konstan sekitar 11 tahun. Sedangkan kejadian flare cenderung menurun dari 11.5 tahun ke 10,5 tahun dan U/P ratio cenderung meningkat dari 12 tahun ke 13 tahun. Terlihat bahwa ada kemiripan sifat periodisitas untuk fenomena di fotosfer (bilangan sunspot, grup sunspot, dan faculae). F10.7 yang berasal dari daerah sekitar sunspot dan korona bawah (Tapping dan DeTracey, 1990) juga menunjukkan sifat yang mirip. Kejadian flare yang muncul dari daerah kromsfer (di atas fotosfer) mempunyai sifat periodisistas yang berbeda. Parameter lainnya yang berupa indeks, U/P ratio yang menggambarkan perbadingan luas umbra dan penumbra sunspot, tampaknya tidak menunjukkan periodisitas yang konstant. U/P ratio bahkan cenderung terus meningkat periodisitasnya dari sekitar 9,5 tahun pada 1920 (Gambar 3-2d) menjadi sekitar 13 tahun pada tahun 1980 (Gambar 3-3d). Untuk kepentingan prakiraan cuaca antariksa, parameter aktivitas matahari yang digunakan semestinya yang mempunyai periodisitas yang relatif jelas evolusinya. Dari enam parameter aktivitas matahari yang dianalisis, bilangan sunspot dan grup sunspot memenuhi kriteria tersebut. Maka parameter aktivitas yang digunakan dalam penelitian ini adalah bilangan sunspot. Dengan analisis evolusi periodisitas, dapat diprakirakan periode aktivitas matahari setidaknya 10 tahun mendatang atau satu siklus berikutnya. 69
1680
HO
MO
1010
1030
192 0
1MO
1950
MO
IBM
1SM
1M0
1010
Tahun
1880
1M0
1M0
1010
1020
1930
Tahun
1820
1030
1040
1950
1M0
1950
10
Tahun
1040
1030
1M0
1SS0
DM
1000
1010
1020
1030
1040
Tahun
Gambar 3-l:Periodisitas 1 - 8 0 tahun pada kurun waktu 1875-1964 untuk (a) bilangan sunspot, (b) grup sunspot, (c) faculae, dan (d) U/P ratio. Pada umumnya tampak adanya periodisitas sekitar 11 tahun, walau tak jelas pada U/P ratio
70
(a)
1880
1900
1920 TAHUN
1880
1900
1920 TAHUN
(b)
1940
1940
1960
1960
1880
1880
1900
1900
1920 TAHUN
1920
1940
1960
1940
1960
TAHUN
Gambar 3-2: Evolusi periodisitas sekitar 11 t a h u n p a d a k u r u n waktu 18751964 u n t u k (a) bilangan sunspot, (b) grup sunspot, (c) faculae, d a n (d) U / P ratio. Evolusi periodisitas sekitar 11 t a h u n t a m p a k sangat mirip p a d a bilangan sunspot, grup sunspot, d a n faculae. Sedangkan p a d a U / P ratio tidak teratur polanya
71
TAHUN
TAHUN
G a m b a r 3-3: Evolusi periodisitas 1965-1981 u n t u k (a) bilangan sunspot, (b) grup sunspot, (c) F10.7, (d) kejadian flare, d a n (e) U / P ratio. Evolusi periodisitas sekitar 11 t a h u n t a m p a k sangat mirip p a d a bilangan sunspot, grup sunspot, d a n F10.7 yang relatif k o n s t a n . Pada f l a r e a d a kecenderungan m e n u r u n d a n p a d a U / P ratio a d a kecenderungan meningkat 72
3.2 Metode Prakiraan dengan Prekursor Geomagnet Metode ini memanfaatkan k e m u d a h a n analisis periodisitas bilangan sunspot m e n g g u n a k a n perangkat lunak WWZ (Foster, 1996 d a n AAVSO, http://www.aavso.org). Langkah p e r t a m a adalah menganalisis periodisitas pada titik-titik minimum, fase naik, maksimum, fase t u r u n , d a n minimum ke dua. Dari masing-masing titik diperoleh beberapa periodisitas (T) d a n amplitudenya (A), seperti contoh p a d a Tabel 3-1 u n t u k analisis siklus 22 y a n g akan digunakan m e m p r a k i r a k a n siklus 2 3 . Table 3 - 1 : CONTOH PERIODE DAN AMPLITUDE PADA TAHUN-TAHUN YANG TERTERA SELAMA SIKLUS 22
Rekonstruksi dilakukan dengan ramus empirik yang dibedakan berdasarkan titik yang dianalisis: titik ekstrem (maksimum atau minimum) dan titik p a d a fase naik atau t u r u n . R u m u s - r u m u s empirik tersebut ditunjukkan p a d a p e r s a m a a n 3 - 1 , 3-4. Untuk titik minimum d a n m a k s i m u m digunakan formulasi berikut: Sj (t) = Sj A /2 + sign A /2 x Cos[(t - tOj)/Ti]
(3-1)
Keterangan: Sj : komponen ke j yang digunakan p a d a rekonstruksi d a n prakiraan, Sign: p l u s (+) u n t u k titik m a k s i m u m atau fase naik d a n m i n u s (-) u n t u k titik m i n i m u m a t a u fase t u r u n , tOj : t a h u n titik-titik yang dianalisis, misalnya 1986.8, 1988.3, 1989.5, 1993.12, d a n 1996.12 p a d a Tabel 3 - 1 . A : amplitude ke i dari analisis WWZ p a d a toj, 73
Ti : periode ke i dari analisis WWZ p a d a toj. Untuk titik pada fase naik atau turun digunakan formulasi berikut: Sj (t) = Sj Ai /2 + sign Ai /2 x Sin[(t - tOj)/Ti] (3-2) Kemudian rekonstruksi d a n prakiraan digunakan formulasi superposisi berikut: R*(t) = Sj Sj(t) (3-3) Formulasi tersebut baru m e n u n j u k k a n pola siklusnya, sedangkan amplitudenya m e n g g u n a k a n amplitude m a k s i m u m dari hasil p e n g a m a t a n Tabel 3-2: AMPLITUDE MAKSIMUM DARI PRAKIRAAN BERDASAR PREKUSOR ( u n t u k rekonstruksi) t a u PENGAMATAN dari prakiraan dengan metode prekursor GEOMAGNET aDAN geomagnet ( u n t u k prakiraan). Kalibrasi amplitude m a k s i m u m m e n g g u n a k a n Prosentase formulasi Prakiraan Teramati Abs (simpangan) Siklus berikut: Simpangan( 3 - 4 ) R(t) - ( R m a x - Rmin)/(R*max - R*min) X R*(t) + R m i n Keterangan: 53.8 74.6 27.9 12 20.8 R* 13 : bilangan s u96.0 n s p o t yang belum maksimumnya, 8.1 9.2 87.9 dikalibrasi amplitude Rmax:14s u n s p o t m a81.0 k s i m u m dari d64.2 a t a siklus yang 16.8 dianalisis (untuk rekonstruksi) 26.2 a t a u p u n c a k71.9 siklus berikutnya (lihat Tabel 31.8 3-2), 15 105.4 (untuk prakiraan) 33.5 Rmin :16bilangan s u91.7 n s p o t minimum u n t u k siklus yang 17.4 78.1 13.6 dianalisis, R : bilangan s 140.2 u n s p o t hasil rekonstruksi d a n prakiraan. 17 17.6 119.2 21.0 U n t u k menguji metode tersebut, digunakan d a t a 5 siklus 4.2terakhir 18 145.5 151.8 6.3 1l ?Q 19 - 23). 91 (siklus P u^n c^a k siklus201.3 a t a u amplitude m a k s i m u m m e n g g u n7.1 akan data 14.2 Z 1 O.O dari Thompson (1993) d a n Li et al. (2001), t e r m a s u k prakiraan dari 20 125.7 15.4 14.0 metode 110.3 prekurson 21 geomagnet 154.1 yang ditunjukkan p a d a Tabel 6.3 164.5 10.4 3-2. Rata-rata prosentase simpangan 22 d i g u 148.3 n a k a n u n t u k 158.5 m e n e n t u k a n b a10.2 t a s a t a s d a n b a t 6.4 a s bawah 34.1 23 162.0 120.8 41.2 prakiraan. 16.8 Rata-rata prosentasi simpangan 74
"
J a d i Rprakiraan = R ± 16.8% x R. Hasil rekonstruksi u n t u k siklus 1 8 - 2 2 dan p r a k i r a a n u n t u k satu siklus berikutnya (siklus 19 - 23) dibandingkan dengan data pengamatan ditunjukkan pada Gambar 3-4. Secara u m u m , metode ini c u k u p baik dalam merekonstruksikan siklus yang dianalisis d a n memprakirakan siklus berikutnya.
Gambar 3-4: Perbandingan a n t a r a hasil rekonstruksi (siklus pertama) d a n hasil prakiraan (siklus berikutnya) aktivitas matahari (garis tipis) dengan data pengamatan (garis tebal). Garis titik-titik menyatakan rentang kesalahan hasil prakiraan. (a) Rekonstruksi siklus 18 d a n prakiraan siklus 19. (b) Rekonstruksi siklus 19 d a n prakiraan siklus 20. (c) Rekonstruksi siklus 20 d a n prakiraan siklus 2 1 . (d) Rekonstruksi siklus 21 d a n prakiraan siklus 22. (e) Rekonstruksi siklus 22 d a n prakiraan siklus 2 3 . 75
3.3 Model Prakiraan dengan Pemisahan Hemisfer Metode prakiraan dengan pemisahan hemisfer ini sama dengan metode yang dijelaskan pada bagian 3.2, hanya dalam menganalisis periodisitasnya dipisahkan berdasarkan hemisfernya. Kemudian hasil rekonstruksi dan prakiraan belahan utara (Rn) dan belahan selatan (Rs) disuperposisikan untuk mendapatkan bilangan sunspot total. Metode dengan pemisahan hemisfer ini ternyata lebih baik daripada menggunakan analisis bilangan sunspot total. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 3-5 untuk rekonstruksi siklus 21 dan prakiraan siklus 22 dan 23. Prakiraan untuk lebih dari satu siklus ke depan (siklus 23) dengan pemisahan hemisfer juga lebih baik daripada dengan bilangan sunspot total. Namun, puncak siklus 23 masih menggunakan hasil prakiraan perkursor geomagnet untuk siklus 22. Hal ini karena prakiraan prekursor geomagnet hanya dapat dilakukan untuk satu siklus ke depan.
Gambar 3-5:Perbandingan hasil rekonstruksi siklus 21 dan prakiraan siklus 22 dan 23. (Gambar atas) Dari analisis bilangan sunspot total. (Gambar bawah) Dari hasil analisis bilangan sunspot dengan pemisahan hemisfer. Dari analisis pemisahan hemisfer menunjukan hasil yang lebih baik dalam prakiraan siklus 22 dan 23 3.4 Prakiraan Amplitude Maksimum Pada bagian 3.3 telah dibahas metode yang lebih akurat dengan pemisahan data hemisfer, namun masih menggunakan prekursor geomagnet. Untuk prakiraan lebih dari satu siklus, metode prekursor geomagnet sebenarnya tidak bisa digunakan untuk prakiraan amplitude maksimumnya. Metode kemudian dikembangkan dengan sepenuhnya memanfaatican analisis perioditas dan hubungan panjang siklus dan amplitude maksimum Analisis visual grafik variasi periodisitas dan amplitude maksimum masing-masing siklus (puncak siklus) pada Gambar 3-6 menunjukkan adanya hubungan berbanding terbalik antara panjang siklus (periode siklus) dan amplitude maksimum. Pada saat panjang siklus atau periode bertambah, amplitude maksimum atau puncak siklus cenderung menurun. Hubungan empirik antara panjang siklus dan amplitude maksimum diperoleh sebagai berikut (lihat juga Gambar 3-7). Log(SSNmax) * log(Length_of_Cycle) = 2 . 1 + 0 . 1 76
(3-5)
meiuue ouiu riumiuun J I M U S
(i numas
ujamaiuaamf
Maka SSNmax = 1 0 A ( 2 . 1 / log(Length_of_Cycle)) ± 30%
(3-6)
Galat 3 0 % diperhitungkan dari r u m u s tersebut d a n d a t a sebenarnya u n t u k siklus 1 - 2 2 (Tabel 3-3). Dari p e r s a m a a n (3-6), amplitude m a k s i m u m (SSNMBX) diprakirakan dari panjang siklus (Length_of_Cycle) yang dapat d i t u r u n k a n dari pola siklus hasil analisis rekonstruksi periodisitas bilangan sunspot.
1750
1800
1850
1900
1950
2000
1900
1950
2000
Year
1750
1800
1850
Year Gambar 3-6: Variasi periodisitas bilangan sunspot (panel at as) t a m p a k berbanding terbalik dengan variasi p u n c a k siklus aktivitas matahari yang dinyatakan dalam bilangan sunspot (SSN)
77
- > u i r;wi _ii-i p ( (J u n ^ u n i u i u
IWI.
«.
nw. &
JUKI
*-\J\J^ . I_>L" <_» I
Gambar 3-7: Perkalian logaritmik antara amplitude maksimum bilangan sunspot (SSNmax) dan panjang siklus (Lc) mendekati nilai konstanta 2.1 dengan simpangan rata-rata 0.1. Tabel 3-3: PROSENTASI SIMPANGAN PADA RUMUS (3-6)
78
4 PEMBAHASAN
Metode prakiraan aktivitas matahari yang kini dianggap paling akurat dengan menggunakan prekursor geomagnet hanya dapat memprakirakan satu siklus ke depan. Namun metode prekursor hanya dapat memprakirakan amplitude maksimum siklus berikutnya, tanpa memberikan informasi waktu mencapai maksimum tersebut dan pola siklusnya. Metode baru yang dikembangkan pada makalah ini dari analisis periodisitasnya diarahkan untuk mengatasi kelemahan metode prekursor tersebut. Metode baru ini dapat memperkirakan beberapa siklus ke depan. Analisis wavelet yang digunakan dalam metode ini memungkinkan munculnya periodisitas yang berevolusi dari satu siklus ke siklus berikutnya. Metode analisis periodisitas berbasis wavelet dapat memprakirakan lebih dari satu siklus ke depan dengan menganggap periodisitasnya belum berubah secara signifikan. Hal ini yang membedakan dengan metode-metode sebelumnya (misalnya yang berbasis analisis Fourier) yang menganggap periodenya tetap sehingga diberlakukan untuk semua siklus. Metode ini dapat merekonstruksikan dengan baik pola pada siklus yang dianalisis dari periode dominannya dan menggunakan pola tersebut untuk memprakirakan beberapa siklus berikutnya. Pada Gambar 4-1 ditunjukkan hasil analisis periodisitas siklus 19 (1954-1964) digunakan untuk memprakirakan beberapa siklus berikutnya dengan metode yang dikembangkan di makalah ini, tetapi belum menggunakan pemilahan hemisferik karena tidak ada data sebelum 1975. Hasilnya menunjukkan pola siklus (terutama saat puncak) dan besarnya amplitude maksimum secara umum dapat diprakirakan dengan baik sampai empat siklus berikutnya.
Gambar 4-1: Prakiraan beberapa siklus ke depan dari analisis periodisitas siklus 19 (1954 - 1964) dengan metode baru menujukkan kesesuaian yang baik dengan data pengamatan. Garis tebal menunjukkan data pengamatan, garis tipis untuk hasil prakiraan untuk siklus 20 - 23 (1964 - 2005) dan garis putus untuk rentang simpangan prakiraan 79
Akurasi prakiraan akan lebih baik bila dengan menggunakan data bilangan sunspot yang dipilah berdasarkan hemisfernya. Hasil analisis hemisferik bilangan sunspot yang memberikan hasil lebih baik, diduga karena masing-masing hemisfer mempunyai pola siklus yang sedikit berbeda. Ketika dianalisis secara total, sifat spesifik masing-masing hemisfer tidak tampak. Tetapi dalam analisis hemisferik, masing-masing sifat periodistasnya dimunculkan sehingga memberikan hasil prakiraan yang lebih akurat. Gambar 4-2 menunjukkan perbandingan hasil prakiraan dengan menggunakan gabungan analisis periodisitas dan metode prekursor (untuk prakiraan puncak siklus 22, 1986 - 1996 dan siklus 23, 1996 - 2005) dan hasil prakiraan yang sepenuhnya dengan metode baru yang dikembangkan pada makalah ini. Terlihat bahwa metode yang dikembangkan menunjukkan akurasi yang lebih baik dalam hal memprakirakan pola siklus (minimum dan maksimum) dan puncak siklus untuk dua siklus berikutnya.
Gambar 4-2: Pada panel kiri prakiraan puncak siklus dengan metode prekursor geomagnet dan pada panel kanan dengan metode analisis periodisitas. Pola siklus pada keduanya menggunakan analisis periodisitas karena tidak dapat diperoleh dari metode prekursor. Garis tebal menujukkan data pengamatan. Garis tipis menunjukkan hasil rekonstruksi siklus 21 (1976 - 1986) dan prakiraan untuk siklus 22 dan 23 (1986 - 2005). Garis putus menunjukkan rentang simpangan prakiraan 5 KESIMPULAN
Dari sekian banyak parameter aktivitas matahari, bilangan sunspot menunjukkan periodisitas utamanya relatif konstan (sekitar 11 tahun) sehingga sangat baik digunakan untuk prakiraan jangka panjang. Analisis periodisitas suatu siklus dengan menggunakan fasilitas WWZ yang berbasis wavelet telah digunakan untuk mendapatkan periode-periode dominan dan amplitudenya. Periode dominan dan amplitudenya dipakai untuk merekonstruksikan pola siklus dengan suatu persamaan empirik yang dikembangkan pada metode baru ini. Persamaan emprik tersebut yang menjadi model prakiraan siklus-siklus berikutnya. Amplitude maksimum
suatu siklus yang diprakirakan diperoleh dari h u b u n g a n empirik panjang siklus d a n amplitude m a k s i m u m yang juga baru dikembangkan p a d a m a k a l a h ini. Uji coba prakiraan dengan metode baru ini u n t u k beberapa siklus ke depan c u k u p a k u r a t . Peningkatan akurasi dapat diperoleh dengan memilah data bilangan s u n s p o t b e r d a s a r k a n hemisfemya. DAFTAR RUJ U KAN DRAO,
2 0 0 5 . Flux 10.7 cm Data, National Research Council, C a n a d a (www.drao.nrc.ca/icarus/www/sol_home.shtml). Foster, G. 1996. Wavelets for Period Analysis of Unevenly Sampled Time Series, Astronomical J o u r n a l , Vol. 112, p. 1709. Hoyt, D. V., 1985. Solar Records: The Wolf Sunpot Index and Umbral/Penumbral Ratio, CDIC (NDP-014). Li K. J., Yun H. S., a n d Gu X. M., A & A, Vol. 3 6 8 , 285, 2 0 0 1 . Lamb, H. H., 1972. Climate: Present, Past and Future, Vol. I (Table App. 1.1. "BAUR's Solar Index d a n Table App. 1.2. "Solar Faculae"), Methuen & Co. Ltd., London. NAO (National Astronomical Observatory), 1995. Rika Nenpyo: Chronological Scientific Tables 1996, Maruzen Co. Ltd. , Tokyo. SIDC (Sunspot Index Data Center) 2 0 0 5 . Royal Obs. of Belgium, www.oma.be/KSB-ORB/SIDC/DATA/ m o n t h s s n . d a t . Tapping, K.F. & DeTracey, B., 1990. The Origin of the 10.7 cm flux. Solar Physics, Vol. 127, him. 3 2 1 . Temmer, M., Veonig, A., 8s Hanslmeier, A., 2002. Catalogue of Hemisphric Sunspot Number RN and Rs- 1975 - 2000, Proc. 10th European Solar Physics Meeting -ESA SP-506), him. 855 (lihat juga: Astron. & Astrophys. 390, him. 707). Thompson R. J . , Solar Phys., Vol. 148, 3 8 3 , 1993.
81
