PEMODELAN IONOSFER LINTANG RENDAH GEOMAGNET DI ATAS WILAYAH INDONESIA DARI DATA GPS

Desertasi S3, ITB, 2009 ABSTRAK PEMODELAN IONOSFER LINTANG RENDAH GEOMAGNET DI ATAS WILAYAH INDONESIA DARI DATA GPS Oleh Buldan Muslim NIM : 35104002 Promotor : Prof. Dr. Ir. Hasanuddin Zaenal Abidin MSc. Co-Promotor : Prof. The Houw Liong Ph.D. Co-Promotor : Dr. Ir. Wedyanto Kuntjoro MSc. Penentuan total electron content (TEC) ionosfer dan pemodelan ionosfer lintang rendah geomagnet di atas wilayah Indonesia (-2,77° sampai -20,65° lintang geomagnet) diperlukan untuk koreksi ionosfer dalam penentuan posisi presisi tinggi menggunakan GPS frekuensi tunggal. Data dan model TEC juga penting untuk analisis prekursor gempa bumi di ionosfer dalam upaya memahami kopling litosfer-atmosfer-ionosfer beberapa hari sebelum gempa bumi. Dalam penelitian ini telah dikembangkan metode penentuan TEC ionosfer dari data GPS, pemodelan TEC ionosfer di atas wilayah Indonesia dan metode pemunculan prekursor gempa bumi dari data dan model TEC ionosfer. Model konseptual kopling litosfer-atmosfer-ionosfer juga telah dikembangkan dengan melibatkan pengaruh gravitasi bumi lokal yang sebelumnya belum diperhitungkan, untuk menerangkan anomali variasi diurnal TEC ionosfer beberapa hari sebelum gempa bumi. Data pengamatan sinyal Global Positioning System (GPS) frekuensi ganda dari stasiun-stasiun GPS kontinyu di Indonesia dan sekitarnya telah digunakan untuk penurunan TEC ionosfer menggunakan metode pelevelan fase. Algoritma penentuan TEC tersebut telah diimplementasikan menggunakan software matlab yang dapat digunakan untuk mengunduh data GPS melalui file transfer protocol (ftp) dan kemudian untuk penentuan TEC ionosfer. Model ionosfer lintang rendah geomagnet di atas wilayah Indonesia telah dikembangkan berdasarkan data TEC ionosfer. Secara temporal model ionosfer tersebut dapat dikelompokkan menjadi model harian yang dikembangkan dari data TEC harian dan model bulanan yang dikembangkan dari rata-rata bulanan data TEC harian. Secara spasial model TEC harian dapat diklasifikasikan ke dalam model lokal yang didasarkan pada satu stasiun referensi GPS dan model regional yang didasarkan pada beberapa stasiun referensi GPS. Formulasi model TEC harian merupakan kombinasi dari fungsi polinom untuk merepresentasikan variasi spasial ionosfer dan fungsi harmonik untuk merepresentasikan variasi diurnal koefisien-koefisien polinom model spasial ionosfer. Orde dari fungsi polinom dan harmonik dioptimasi dengan meminimalkan kesalahan model terhadap data pengamatan. Dengan cara tersebut diperoleh model TEC harian lokal di atas Jawa Barat dari stasiun BAKO yang optimum adalah P(12,2,2) di mana angka pertama adalah orde fungsi harmonik untuk merepresentasikan variasi diurnal ionosfer, angka kedua adalah orde fungsi polinom merepresentasikan variasi lintang ionosfer dan angka terakhir adalah orde fungsi polinom untuk merepresentasikan variasi bujur ionosfer. Dengan cara yang sama model TEC harian regional yang diperoleh adalah P(12,7,3). Model TEC bulanan regional Indonesia dibuat menggunakan fungsi polinom untuk representasi variasi lintang ionosfer, fungsi harmonik untuk representasi variasi diurnal ionosfer dan fungsi linier untuk representasi respon ionosfer terhadap aktivitas matahari. Model TEC regional Indonesia yang telah diperoleh adalah P(6,5,0,1), di mana 6 adalah orde fungsi harmonik untuk representasi variasi diurnal ionosfer dalam kerangka waktu lokal, 5 adalah orde fungsi polinom untuk representasi variasi lintang ionosfer, 0 menunjukkan orde variasi bujur ionosfer yang berarti pada waktu lokal yang sama variasi bujur ionosfer diabaikan, dan 1 adalah orde fungsi polinom untuk representasi respon ionosfer terhadap aktivitas matahari yang berarti respon ionosfer terhadap aktivitas matahari adalah linier pada saat siklus matahari sedang naik dan turun. Model TEC bulanan regional yang telah diperoleh adalah TEC model sederhana ionosfer lintang rendah Indonesia (TEC MSILRI). TEC MSILRI yang didasarkan pada data TEC rata-rata bulanan pada jam tertentu dapat digunakan sebagai referensi nilai TEC pada hari-hari tenang untuk bulan tertentu di atas wilayah Indonesia sehingga dapat digunakan untuk koreksi ionosfer pada penentuan posisi GPS frekuensi tunggal pada hari-hari tenang dan untuk pemunculan anomali ionosfer baik yang terkait dengan badai matahari maupun prekursor gempa bumi. Data dan model TEC MISILRI dapat dikombinasikan untuk penurunan indek aktivitas ionosfer (indek S), yang dapat digunakan sebagai parameter cuaca antariksa di atas wilayah Indonesia. Indek aktivitas pasut diurnal TEC ionosfer (indek A) juga telah diturunkan dari data TEC harian. Analisis spasial anomali indek A beberapa hari sebelum gempa bumi besar menunjukkan bahwa indek A dapat digunakan untuk identifikasi prekursor gempa bumi menggunakan fungsi eksponensial, untuk prediksi besar gempa menggunakan model radius daerah persiapan gempa bumi dan perkiraan episenter gempa bumi menggunakan metode reseksi yang diadopsi dari metode penentuan posisi GPS. Penurunan TEC ionosfer beberapa hari sebelum gempa bumi besar dapat dijelaskan dengan model kopling litosfer-atmosfer-ionosfer yang disebabkan penurunan gravitasi bumi lokal yang dapat memodifikasi medan listrik dinamo daerah E melalui modifikasi amplitudo gelombang pasut diurnal atmosfer, dapat mempercepat drift vertikal atmosfer netral dan menurunkan drift difusi ionosfer. Anomali ionosfer yang disebabkan oleh anomali gravitasi bumi merupakan hipotesis alternatif. Berbagai upaya teori dan eksperimen lanjut diperlukan dalam rangka menguji hipotesis tersebut. Kata kunci: GPS, ionosfer, lintang rendah, Indonesia, model, indek ionosfer, anomali, prekursor gempa bumi.