Kaitan antara Aktivitas Matahari dengan Iklim

Kaitan antara Aktivitas Matahari dengan Iklim
The Houw Liong
P.M Siregar

Penelitian kaitan antara aktivitas matahari dan sejumlah unsur iklim di bumi menunjukkan adanya korelasi yang kuat,misalnya kaitan antara panjang siklus sunspot dengan suhu permukaan dalam selang 130 tahun terakhir1),diperkuat penelitian lain untuk selang waktu 240 tahun2),dan perbandingan deret waktu global suhu muka laut terhadap data jangka panjang sunspot3). Data yang digunakan adalah siklus 11 tahunan bilangan sunspot Zurich dan berbagai unsur iklim,hasilnya menyimpulkan adanya keserupaan yang menyolok.
Tahun 1848 Rudolph Wolf menemukan metoda penaksiran aktivitas matahari dengan menghitung jumlah bintik individu and grup pada permukaan matahari. Wolf menghitung bilangan sunspot dengan menghitung 10 kali grup ditambah perhitungan total bintik individu. Wolf memperkenalkan adanya siklus bilangan sunspot dengan panjang 11.1 tahun yang diperoleh dari rekaman sejarah.

Gbr.1 Rata-rata tahunan bilangan sunspot tahun 1610-2000

Ada dua kantor yang mengeluarkan data bilanagan sunspot. Pertama adalah "Boulder Sunspot Number," oleh NOAA Space Environment Center menggunakan formula R=k (10g+s),dimana R adalah bilangan sunspot,g adalah bilangan sunspot grup pada piringan matahari,s adalah jumlah total bintik individu didalam semua grup,dan k adalah factor skala (k biasanya <1) yang diukur menggunakan telescope (binoculars, space telescopes, dll). Kedua adalah "International Sunspot Number," dipublikasikan oleh Sunspot Index Data Center di Belgia.
Sunspot didefenisikan sebagai bintik gelap pada permukaan matahari. Suhu pada pusat bintik gelap sunspot adalah turun menjadi sekitar 3700 K (dibandingkan dengan 5700 K sekeliling fotosfer). Sunspot merupakan daerah mangetik pada matahari dengan kekuatan 1000 kali dari medan magnet bumi.

Gbr.2 Sunspot

Minimnya ilmuan Indonesia dan asing yang tertarik tentang masalah kaitan sunspot terhadap iklim di wilayah Indonesia,sehingga pemahaman tentang kasus ini belum secara mendalam banyak terungkap. Berikut ini adalah usaha-usaha yang sudah dilakukan di Indonesia untuk mempelajari kaitan tersebut. Proses-proses cuaca musiman di wilayah Indonesia,intensitansnya cenderung dimodulasi oleh siklus jangka panjang yakni: siklus ENSO 4-6 tahunan ,dan pembangkit cuaca musiman dengan siklus 11-tahunan. Siklus cuaca jangka panjang ENSO,dan siklus sebelas tahunan atau harmoniknya belum diketahui mekanismenya. Karena siklus jangka panjang berdampak global,maka tersebut harus diketahui mekanismenya4,5). Penerapkan teknik filter fungsi orthogonal emperis (EOF) berhasil mengungkapkan pembangkit cuaca utama yang mendominasi dinamika atmosfer di Wilayah Indonesia. Berdasarkan pengamatan karakter frekuensi dan kekuatan sinyal spekralnya,hujan di wilayah Indonesia dapat digolongkan dua kategori. Pertama,siklus hujan monsun satu tahunan yang merupakan pembangkit hujan paling dominan. Kedua siklus hujan berfrekuensi tahunan meliputi: La Niña siklus 4-6 tahunan, dan osilasi hujan 11-tahunan , mungkin merupakan harmonik dari siklus TTO (Ten to Twelve Oscillation). Siklus 11-tahunan meskipun kuat sinyal dayanya,karena terletak di daerah spektral beresolusi rendah cenderung tidak stabil, sinyal melebar dalam batas 14,4-17,dan 9 tahunan6,7,8,9).
Suhu di stratosfer bawah dan ketebalan troposfer ternyata juga berosilasi dengan siklus 10-12 tahun disebut dengan istilah Ten to Twelve Oscillation (TTO)10). Untuk mengidentifikasi kemungkinan terjadinya mekanisme modulasi bersiklus 10-11 tahun secara top-down oleh variabel bersiklus TTO(Ten to Twelve Oscillation) di stratosfer bawah. Korelasi antara tebal tropopaus dengan bilangan sunspot 10-11 tahunan mencapai sekitar 0.7 pada lintang rendah dan mengecil kearah kutub. Uji-t dilakukan untuk menguji apakah keterkaitan antara sunspot dengan tebal tropopaus ada,hasilnya dapat diterima. Kemudian dilakukan analisis spektral gangguan gelombang Kelvin dan Rossby-Gravity yang bekerja diatas tropopaus untuk mendukung model mekanisme. Karena mekanisme pembangkitan cuaca oleh sunspot ini masih belum dipahami,maka sebagai kandidat mekanisme iklim-sunspot, harus dibuktikan bahwa sirkulasi meridional ini diintensifikasi oleh kejadian sunspot maksimum.
Dalam penelitian lain mengkaji kemungkinan bahwa,jika variabilitas matahari diperhitungkan secara serius sebagai salah satu faktor dominan dalam perubahan iklim,terbuka peluang yang besar untuk memperkirakan sejumlah besar ciri utama iklim tanpa keharusan melibatkan superkomputer. Ciri-ciri Chaotic iklim tidak perlu menjadi rintangan dalam metoda predisksi semacam itu. Kebergantungan yang sensitif tehadap kondisi awal hanya berlaku dalam kasus proses-proses dalam sistem iklim. Pendapat lain menyatakan bahwa hanya sistem non-periodik yang memiliki prediktabilitas terbatas. Sistem-sistem eksternal yang periodik dan quasi-periodik dapat secara positif memasukkan ritmenya dalam sistem iklim. Ini berlaku dalam kasus perubahan periodik siang-malam dan siklus Milankovitch. Variasi luaran matahari bersifat periodik atau quasi-periodik,sehingga siklus 11-tahunan sunspot memenuhi syarat-syarat ini,tetapi tidak memainkam peranan utama dalam prediksi praktis. Yang terpenting adalah siklus matahari tanpa pengecualian terkait dengan osilasi matahari sekitar pusat massa tatasurya dan membentuk fraktal menjadi siklus-siklus dengan panjang yang berbeda-beda18).
Bukti yang memperkuat bahwa sistem iklim yang terus-menerus mengalami perubahan ini sangat dipengaruhi oleh dinamika sistem matahari-bumi yang distimulasi oleh gaya variabilitas luaran matahari,semakin terasa adanya kebutuhan yang mendesak untuk mengintegrasikan efek variabilitas matahari dan dinamika sistem matahari-bumi ke dalam model atmosfer global. Perlu dilakukan perubahan penting terhadap detail konsep kesetimbangan energi yang diimplementasikan dalam pemodelan atmosfer global. Perubahan dimaksud adalah menjadikan konstanta matahari sebagai suatu variabel sehingga pemanasan global netto tidak lagi hanya bergantung pada suhu dan konsentrasi gas rumah kaca,tetapi juga pada variabilitas luaran matahari . Perbaikan perlu juga dilakukan terhadap representasi proses umpan balik dalam sistem iklim. Perubahan model iklim ini, secara menyeluruh menghendaki pengintegrasian pemahaman kuantitatif dan kualitatif tentang interaksi komponen mekanisme kopling yang telibat dalam proses perpindahan energi,massa,dan momentum dari suatu daerah ke daerah lainnya dalam sistem matahari-bumi.Perumusan skematik efek gaya eksternal matahari terhadap sistem iklim,menyimpulkan sistem iklim bumi digerakkan terutama oleh variabilitas matahari17,18).
Karakter sinyal spektral peristiwa hujan tahunan adalah akibat siklus monsun,siklus hujan berfrekuensi rendah yakni: La Niña siklus 4-6 tahunan,dan osilasi hujan siklus 11-tahunan. Siklus hujan jangka pendek memodulasi intensitas monsun,pita ITCZ, siklon tropis,dan osilasi Madden Julian 30-60 harian. Mekanisme pembangkit cuaca oleh sunspot harus diketahui, karena sinyal sunspot kuat terlihat pada data curah hujan di wilayah Indonesia akan bisa menjadi kunci pemahaman mekanisme kemunculan ENSO di daerah barat Pasifik termasuk kepulauan Indonesia timur, sehingga memberi keakuratan prakiraan cuaca local dan global yang memerlukan dukungan informasi mekanisme pembangkitan curah hujan di wilayah Indonesia 6).

PUSTAKA

1. Friis-Cristensen,E. and Lassen,.K.,(1991),Length of The Solar Cycle :an Indicator of Solar Activity Closely Associated with Climate,J.sience,254,698.
2. Baliunas,S. and W.Soon,(1996).The Sun-Climate Connection.Sky & Telescope, Dec.,38-41.
3. Reid.G.C,(1987),Nature Vol.329,hal.142.
4. Jamaluddin-T Z.A. and T.W.Hadi,(1994),Associated Sunspot Period in the Spectra of Java rainfall. Eight International Symposium on Solar Terrestrial Physics,Sendai,June 5-10,Japan
5. Jamaluddin-T.Z.A. dan Bayong Tj.H.K.,(1995),Analisa Pengaruh Fluktuasi Sunspot Maksimum Terhadap Curah Hujan Jangka Panjang di P.Jawa,Laporan Penelitian No.15900400495,SPP-DPP,ITB.
6. McBride,J., (1992),The Meteorology of Indonesia and The Maritime Continet. The Fourth International Symposium on Equatorial Atmosphere Observation over Indonesia,Nov,10-11,Jakarta.
7. Salby,M.L.,and D.J Sheaq,(1991),Correlation Between Solar Activity and the Atmosphere:An Unphysical Explanation.,J.Geophys.Res.,96,22,579-22,595.
8. Holton,J.R.,(1992),An Introduction to Dynamic Meteorology,third edition, Academic Press.
9. Johnson.R.A.,and D.W.Wichem,(1992),Applied Multivariat Statistical Analysis, third edition,Prectice Hall,New JerSey.
10. Labitzke,K.,and H.van Loon,(1988),Association between the 11-year Solar Cycle the QBO,and the Atmosphere. Part I: the Troposphere and Stratosphere in the Northern Hemisphere in eintwr.J.Atmos.Ter.Phys.,50,197.
11. Jamaluddin-T.Z.A.and Joko W.,(1996),Wave Disturbation Identification Around the Tropopause Heigh. The Sixth ICEAR Symposium,International Symposium on Equatorial Atmosphere Observation,March,10-12,Bandung.
12. Jamaluddin-T.Z.A.,(1998),Pembangkitan Ketidakstabilan Atmosfer Ekuatorial oleh Aktivitas Matahari Jangka Panjang. Simposium FMIPA-ITB,Jurnal Matematika & SAins In Press.
13. Jamaluddin-T.Z.A.,(1991),Identifikasi Pola-pola Cuaca Ortogonal Melalui Analisa Komponen Utama dan Spektral.TA,Jur.GM-ITB.
14. Cook,E.R. and Kairiukstis,L.A,(1990),Methods of Dendrocronology,Kluwer Academic Publisher,101 Philip Drive,Norwell,MA 02061 USA,or Po Box 17,3300 AA Dordrecht,The Netherlands.
15. Ratag,M.A.,(1999),Dampak Variabilitas Matahari terhadap Vegetasi:Cincin-cincin Kayu, Prosiding lokakarya program Iklim Nasional,126-132,Jakarta.
16. Ratag,M.A.,(1999),Fraktal Variabilitas Matahari dan Kaitannya dengan Dinamika Variabilitas iklim,Prosiding lokakarya program Iklim Nasional,133-144,Jakarta.
17. Ratag,M.A.,(1999),Dinamika Sistem Matahari-Bumi dan Perubahan Iklim Global, Prosiding lokakarya program Iklim Nasional,150-160,Jakarta.
18. Ratag,M.A.,(1994),Perubahan iklim global dan hubungan matahari-bumi, Proc.Media dirgantara LAPAN,101-115.
19. Xu,J.S., (1992),On the Relationship between the Stratospheric Quasi-Biennial Oscilation and Tropospheric Southern Oscilaton,J.Atmos.Sci.,49,725-734.
20. Gage,K.S,Reid,G.C,(1981),Solar Variability and the Secular Variation in the tropopaus. Geophys.Res.Lettter,8,187-190.
21. Hertz,J.,A.Krogh,and R.G.Palmer,(1991),Introduction to Theory of Neural Computation.Addision-Wesley.
22. Ross,T.J.,(1995),Fuzzy Logic with Engineering Application.Mc Graw Hill,New York.