ANALISIS AKTIVITAS KONVEKTIF
DI ATAS BENUA MARITIM INDONESIA
MENGGUNAKAN COMPLEX EMPIRICAL ORTHOGONAL FUNCTION
Danang Eko Nuryanto
PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGANBADAN METEOROLOGI KLIMATOLOGI DAN GEOFISIKA
LATAR BELAKANG• Ciri utama dari aktivitas konvektif di BMI adalah
variasi diurnal (Nitta dan Sekine, 1994; Liberti dkk., 2001; Sakurai dkk., 2005; Ichikawa dan
Yasunari, 2006; Hara dkk., 2006)• Indeks konveksi diurnal di BMI umumnya
diturunkan dari data suhu puncak awan hasil penginderaan jauh satelit (Ohsawa dkk., 2001; Liberti dkk., 2001; Sakurai dkk., 2005)
• Aktivitas konvektif sangat terkait dengan konvergensi angin
(Akitomo dkk., 1995; Pucillo
dkk., 2009)• Dengan demikian indeks aktivitas konvektif
diurnal yang memasukkan unsur konvergensi angin di dalam perhitungannya lebih sesuai
dengan kondisi BMI dimana interaksi darat‐laut‐ atmosfer lebih kompleks
PERMASALAHAN• Bagaimana merepresentasikan aktivitas
konvektif diurnal yang lebih mencerminkan interaksi darat‐laut‐atmosfer di BMI.
• Bagaimana pola aktivitas konvektif yang memberikan ciri khas BMI.
TUJUAN PENELITIAN• Diperoleh suatu indeks representatif
yang
mengandung informasi keberadaan awan konvektif sekaligus kovergensi angin dekat permukaan
• Diperoleh pola khas BMI yang direpresentasi‐ kan oleh awan konvektif
dan kovergensi angin
RUANG LINGKUP• Dalam studi ini membahas aktivitas konvektif
pada wilayah BMI
• Studi ini ditekankan pada aktivitas konvektif diurnal yang dapat direpresentasikan ke
dalam skala iklim
• Periode data yang dipergunakan dalam studi ini adalah data tahun 1996 –
2009.
• Liberti dkk (2001) mempelajari variabilitas awan dengan
menganalisis data satu jam‐an brightness temperature
selama 4
bulan. Mereka
mempelajari pengaruh relatif pulau‐pulau besar
terhadap variasi diurnal awan di atas lautan Pasifik ekuator
barat.
• Sakurai dkk (2005) menerangkan siklus diurnal migrasi sistematis
sistem awan menggunakan data GMS IR1 di seluruh wilayah
Sumatera.
Awan konvektif terbentuk di atas wilayah
pegunungan (darat) pada sore hari dan bermigrasi ke barat
dan/atau ke timur dari tengah malam hingga pagi hari.
• Peran konvergensi angin lapisan bawah dalam proses konveksi di
atas danau diteliti oleh Akitomo dkk. (1995) dengan simulasi
numerik.
• Penelitian terbaru juga mengemukakan bahwa konvergensi angin
dapat memicu terbentuknya awan konveksi (Pucillo dkk., 2009).
STUDI PUSTAKA Cont’d
STUDI PUSTAKA• Ensemble tipe‐tipe awan yang terjadi berasosiasi dengan konveksi
tinggi, kontribusi positif dan negatif individual saling menghilangkan
ketika sistem awan konvektif tersebut dirata‐ratakan
(Hartmann
dkk, 2001).
• Neale dan Slingo (2003) telah menunjukkan bahwa setiap perubahan
kecil pada siklus diurnal memproyeksikan pada iklim
rata‐rata
musiman secara signifikan.
• Slingo dkk (2003) menyatakan bahwa klimatologi siklus diurnal
dapat digunakan untuk memberikan bukti pentingnya angin laut‐
angin darat dan efek gelombang gravitasi, yang kemungkinan
memainkan peran penting dalam budget panas dan uap air wilayah
BMI.
• Barnett (1983) menggunakan CEOF untuk menyelidiki interaksi
sistem monsun dan angin pasat di Pasifik dengan data kecepatan
angin.
• Susanto dkk. (1998 ) menerapkan prinsip CEOF dengan menggunakan
data
anomali
tinggi
muka
laut
Samudera
Pasifik
Cont’d
STUDI PUSTAKA• Analisis EOF (Empirical Orthogonal Function)
merupakan suatu
upaya untuk menemukan sejumlah relatif kecil dari variabel independen
(prediktor; faktor) yang menyampaikan sebanyak mungkin informasi yang asli.
• Analisis EOF dapat digunakan untuk mengeksplorasi struktur variabilitas dalam
kumpulan data dengan cara yang obyektif, dan untuk menganalisis hubungan di dalam satu
himpunan variabel.• Analisis EOF juga disebut analisis komponen
utama atau analisis faktor.• Analisis CEOF (Complex Empirical Orthogonal
Function) merupakan analisis EOF dengan menggunakan input bilangan kompleks (Barnett,
1983).
DATA• Angin permukaan (Cross‐Calibrated Multi‐
Platform /CCMP penggabungan antara data angin permukaan yang diturunkan sumber konvensional (pengamatan kapal) dan in situ (buoys) dan beberapa satelit ke dalam analisis global (Atlas dkk., 2010))– Data 1996 –
2009
– Resolusi 0.25 derajad, 6 jam‐an
• Awan (IR1 Kochi)– Data 1996 –
2009
– Resolusi 0.05 derajad, 3 jam‐an
METODOLOGI
Angin Permukaan Zonal
and Meridional
Brightness Temperature
IR1
⎩⎨⎧ −
=0
230 bTIK
utkutk
KTKT
b
b
230230
>≤
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
+∂∂
−=yv
xukonv
)()(
pagisore
pagisore
xxmaksxx
N−
−=
Normalisasi
dihitung dengan cara mencari selisih rata‐rata data
pada sore hari (13:00 –
22:00) dengan rata‐rata data pada pagi
hari (01:00 – 10:00) yang hasilnya kemudian dibagi dengan nilai
maksimumnya
Konvergensi Angin (Nk)Indeks Konvektif (Nik)
),(),(),( txintxntxu ikk +=
PERHITUNGAN CEOFMenentukan matriks representasi bilangan
kompleks sebagai input :
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
=
),(...)2,()1,(............
),2(...)2,2()1,2(),1(...)2,1()1,1(
nmumumu
nuuunuuu
U
Menghitung matriks kovarians dari U
:
UUR *=
Menghitung nilai eigen (eigenvalues) dan
vektor eigen (eigenvectors) dari matriks R
dengan menyelesaikan persamaan berikut :
Λ= CRC
Menghitung nilai variansinya berdasarkan
nilai eigen :
Dimana
adalah matriks diagonal yang
mengandung nilai eigen dari matriks R.
Vektor pada setiap kolom matriks C
menunjukkan vektor eigen dari matriks R,
yang berasosiasi dengan nilai eigen .
Λλ
variansi(i) = %100xi
i
∑λλ
Deret waktu sebagai Principal Component (PC)
setiap mode dari CEOF diperoleh dengan
memproyeksikan matriks U
dengan CEOF
setiap mode (matriks C). Sehingga PC
dapat
kita peroleh melalui perhitungan :
UCPC =Menghitung amplitudo temporal :
22 ))(())(( PCimagPCrealAmplitudo +=
REPRESENTASI PSEUDO‐VEKTOR• Fase 1: konvergensi dominan
pada sore hari, konveksi lemah
• Fase 2: konvergensi dan
konveksi sama kuat pada sore
hari
• Fase 3: konveksi dominan pada
sore hari, konvergensi lemah
• Fase 4: konvergensi pada pagi
hari dan konveksi pada sore hari
sama kuat
• Fase 5: konvergensi dominan
pada pagi hari, konveksi lemah
• Fase 6: konvergensi dan
konveksi sama kuat pada pagi
hari
• Fase 7: konveksi dominan pada
pagi hari, konvergensi lemah
• Fase 8: konvergensi pada sore
hari dan konveksi pada pagi hari
sama kuat
Nitta dan Sekine (1994) menggunakan
pseudo‐vektor untuk merepresentasikan
amplitude dan fase komponen diurnal indeks
konvektif pada Pasifik Barat Tropis.
Konvergensi
positif
Konveksi
positif
Fase 1Fase 5
Fase 2
Fase 8
Fase 3
Fase 4
Fase 7Fase 6
Konveksi
negatif
Konvergensi
negatif
0 5 10 15 20 25 30 35-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Tanggal
Konveksi dan Konvergensi pada 110 BT, 5.5 LS
konveksikonvergensi
0 5 10 15 20 25 30 35-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
Tanggal
Konveksi dan Konvergensi pada 110 BT, 0.5 LS
konveksikonvergensi
CONTOH HASIL NORMALISASI
HASIL DAN PEMBAHASAN
1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
10
20
30
40
50
60
70Variansi CEOF
CEOF
varia
nsi (
%)
DasarianBulanan
ModeKonveksi Konvergensi
Maks Rata- Rata
Maks Rata- Rata
CEOF1 0.0049 0.00011 0.0067 0.00025CEOF2 0.0199 -0.00071 0.0043 -0.00017
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Tahun
Am
plitu
do
Deret Waktu Bulanan Amplitudo Konvergensi dan Konveksi
CEOF1 (67.1804%)CEOF2 (7.991%)
6 12 18 24-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
periode(bulan)
log(
pow
er)
Pola Spektrum CEOF1 (67,18%)
CEOF1sig. level 95%
6 12 18 24-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
periode(bulan)
log(
pow
er)
Pola Spektrum CEOF2 (7,99%)
CEOF2sig. level 95%
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.80
0.5
1
1.5
2
2.5
CEOF1
CE
OF2
Scatter Plot CEOF1 vs CEOF2
y = 0.62*x + 0.29R = 0.40475
1996 - 19981999 - 2009 linear
Pola monsunal kuat maka pengaruh lokal juga kuat, namun sebaliknya jika pola monsunal lemah belum tentu pengaruh lokal lemah (lokal lebih independen tidak terpengaruh pola monsunal)
KESIMPULAN• Dalam studi ini telah diperkenalkan deret waktu CEOF yaitu
sebagai suatu indeks yang mewakili aktivitas konvektif BMI
mencerminkan nilai konvergensi dan indeks konveksi, diperoleh : – CEOF‐1 cenderung menunjukkan pola umum BMI yaitu adanya beda fase
antara konveksi di darat dan konveksi di laut, namun menunjukkan
sama
fase antara konvergensi dan konveksi, dimana mempunyai dominasi siklus
annual.
– CEOF‐2 secara spasial menunjukkan pola yang cenderung acak yang
merepresentasikan aktivitas lokal dengan dominasi aktivitas berada di
darat, menariknya adalah pola ini terdapat di seluruh kepulauan
Indonesia tidak hanya di daerah tipe hujan ekuatorial. Pola IAK‐2 secara
temporal mempunyai dominasi siklus semi‐annual.
– CEOF‐1 dan CEOF‐2 tidak sepenuhnya independen karena hasil regresi
antara CEOF1 dan CEOF‐2 (koefisien COEF‐1 dan CEOF‐2) menunjukkan
nilai koefisien korelasi sekitar 0,4.
• El Nino 1997/1998 cenderung mempunyai keterkaitan dengan
pola umum aktivitas konvektif BMI namun tidak terlalu
mempunyai keterkaitan pada pola lokal aktivitas konvektif BMI.
DAFTAR PUSTAKAAdler, R. F., dan Negri, A. J., (1988) : A Satellite Infrared Technique to Estimate Tropical Convective and Stratiform Rainfall,
Journal of Applied Meteorology, 27, 30 –
51.Akimoto, K., Tanaka, K., Awaji, T., dan Imasato, N., (1995) : Deep Convection in Lake Trigered by Wind: Two‐Dimensional Numerical Experiments with a Nonhydrostatic
Model, Journal of Oceanography, 51, 171 –
185.Aldrian, E., dan Susanto, R.D., (2003), Identification of Three Dominant Rainfall Regions within Indonesia and Their Relationship to Sea Surface Temperature, International
Journal od Climatology, 23: 1435 –
1452.Atlas, R., Hoffman, R. N., Ardizzone, J., Leidner, S. M., Jusem,
J. C., Sminth, D. K., dan Gombos, D., (2010) : A Cross‐Calibrated, Multi‐Platform Ocean Surface Wind Velocity
Product for Meteorological and Oceanographic Application, Bulletin of the American Meteorological Society (preliminary accepted version),
doi:
10.1175/2010BAMS2946.1.Barnett, T. P., (1983) : Interaction of the Monsoon and Pacific Trade Wind Systems at Interannual Time Scale. Part I: The Equatorial Zone, Monthly Weather Review, 111, 756
–
773.Chen, S. S., dan Houze, Jr. R. A., (1997) : Diurnal Variation and Lifecycle of Deep Convective Systems over the Tropical Pacific
Warm Pool, Quarterly Journal of the Royal
Meteorological Society, 123, 357 –
388.Chang, C. P., Wang, Z., McBride, J., dan Liu, C. H., (2005) : Annual Cycle of Southeat Asia –
Maritime Continent Rainfall and the Asymmetric Monsoon Transition, Journal of
Climate, 18, 287 –
301.Engerer, N. A., Stensrud, D. J., dan Coniglio, M. C., (2008) : Surface Characteristics of Observed Cold Pools, Monthly Weather Review, 136, 4839 –
4849.Haylock, M., dan McBride, J., (2001) : Spatial Coherence and Predictability of Indonesian Wet Season Rainfall, Journal of Climate, 14, 3882 –
3887.Hara, M., Yoshikane, T., dan Kimura, F., (2006)
:
Mechanism of Diurnal Cycle of Convective Activity over Borneo Island, 7th WRF User’s Workshop, 17 – 22 June 2006, Boulder,
Colorado, US.Hartmann, D. L., Moy, L. A., dan Fu, Q., (2001) : Tropical Convection and the Energy Balance at the Top of the Atmosphere, Journal of Climate, 14, 4495 –
4511. Hendon, H. H.,
dan Woodberry, K., (1993) : The Diurnal Cycle of Tropical Convection, Journal of Geophysical Research, 98, 16623 – 16637.Hendon, H. H., (2003) : Indonesian Rainfall Variability: Impacts
of ENSO and Local Air‐Sea Interaction, Journal of Climate, 16, 1775 –
1790.Holton, J. R., (2004) : An Introduction to Dynamic Meteorology, Fourth Edition, Elsevier Academic Press, ISBN: 0‐12‐354015‐1.Ichikawa, H., dan Yasunari, T., (2006) : Time–Space Characteristics of Diurnal Rainfall over Borneo and Surrounding Oceans
as Observed by TRMM‐PR, Journal of Climate, 19,
1238 –
1260.Lau, K. –M., and Chan, P. H., (1983) : Short‐term Climate Variability and Atmosphere Teleconnections from Satellite‐observed Out‐going Longwave Radiation. Part I:
Simultaneous Relationship, Journal of Atmosphere Science, 40, 2735 –
2750.Liberti, G.
L., Chéruy,
F., dan
Desbois,
M.,
(2001) : Land
effect on the diurnal cycle of clouds over the TOGA
COARE area, as observed from GMS IR Data, Monthly Weather
Review, 129, 1500‐1517.Kajikawa, Y., Wang, B., dan Yang, J., (2009)
:
A Multi‐time Scale Australian Monsoon Index, International Journal of Climatology, DOI: 10.1002/joc.1955.Mapes, B. E., dan Houze, R. A. Jr., (1993) : Cloud Clusters and Super Clusters over the Oceanic Warm Pool, Monthly Weather Review, 121, 1398 –
1415.Matsumoto, J., dan Murakami, T., (2002) : Seasonal Migration of Monsoons Between the Northern and Southern Hemisphere as Revealed from Equatorially Symmetric and
Asymmetric OLR Data, Journal of the Meteorological Society of Japan, 80, 419 –
437.McBride, J. L., (1998) : Indonesia, Papua New Guinea, and Tropical Australia. The Southern Hemisphere Summer Monsoon, Meteorology of the Southern Hemisphere,
Meteorological Monograph, No. 49, American Meteorology Seciety, 89 –
99.Zhu, W., Li, T., Fu, X., dan Luo, J‐J., (2010) : Influence of the Maritime Continent on the Boreal Summer Intraseasonal Oscillation, Journal of the Meteorological Society of
Japan, 88, 395 –
407.
Cont’d
DAFTAR PUSTAKAMeehl, G. A., (1987) : The Annual Cycle and Interannual
Variability in the Tropical Pacific and Indian Ocean Regions, Monthly Weather Review, 115, 27 –
50.Meyers, G., McIntosh, P., Pigot, L., dan Pook, M., (2007): The Years of El
Nino, La Nina, and Interactions with the Tropical Indian Ocean,
Journal of Climate, 20, 2872 –
2880.Motoi, T., dan Kitoh, A., (2005) : Role of the Maritime Continent in a Coupled Atmosphere‐Ocean‐Land Surface Model, American Geophysical Union, Fall Meeting 2005,
abstract #OS31B‐1445. http://adsabs.harvard.edu/abs/2005AGUFMOS31B1445MNeale, R., dan
Slingo, J. , (2003) : The Maritime Continent
and its Role in the Global Climate: A GCM study, Journal of Climate, 16, 834 –
848.Nitta, T., dan
Sekine, S., (1994) : Diurnal Variation of Convective Activity over the
Tropical Western Pacific, Journal of the Meteorological Society of Japan, 72, 627 – 641.Ohsawa, T., Ueda, H., Hayashi, T., Watanabe, A., dan
Matsumoto, J., (2001) : Diurnal Variation of Convective Activity and Rainfall in Tropical Asia, Journal of the
Meteorological Society of Japan, 79, 333 –
352.Pucillo, A., Giaiotti, D. B., dan
Stel, F., (2009) : Ground Wind Convergence as Source of Deep Convection Initiation, Atmospheric Research, 93, 37 – 445.Ramage, C.S., (1968) : Role of a Tropical “Maritime Continent”
in the Atmospheric Circulation, Monthly Weather Review, 96,
365 –
370.Saito, K., Keenan, T., Holland, G., dan Puri, K., (2001)
:
Numerical Simulation of the Diurnal Evolution of Tropical Island Convection over the Maritime Continent, Monthly
Weather Review, 129, 378 –
400.Saji, N. H., Goswami, B. N., Vinayachandran P. N., dan Yamagata, T., (1999): A Dipole Mode in the Tropical Indian Ocean, Nature, 401, 360 – 363. Sakurai, N., Murata, F., Yamanaka, M. D., Mori, S., Hamada, J‐I., Hashiguchi, H., Tauhid, Y. I., Sribimawati, T., and Suhardi,
B., (2005) : Diurnal Cycle of Cloud System Migration
over
Sumatera
Island, Journal of the Meteorological Society of Japan, 83, 835 – 850.Satomura, T., (2000) : Diurnal Variation of Precipitation over the Indo‐China Peninsula: Two Dimensional Numerical Simulation, Journal of the Meteorological Society of Japan,
78, 461 – 475.Simmons, A. J., Wallace, J. M., dan
Branstator, G.W., (1983) : Barotropic
Wave Propagation and Instability, and Atmospheric Teleconnection
Patterns, Journal of the
Atmospheric Sciences, 40, 1363 –
1392.Slingo, J., Innes, P., Neale, R., Woolnough, S., dan Yang, G‐Y., (2003) : Scale Interactions on Diurnal to
Seasonal Timescales and their Relevance
to Model Systematic Errors,
Annals of Geophysics, 46, February 2003.Susanto, R. D., Zheng, Q., dan
Yan, X‐.H., (1998) : Complex Singular Value Decomposition Analysis of Equatorial Waves in the Pacific Observed by TOPEX/Poiseidon
Altimeter,
Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 15, 764 –
774.Ting, M., dan
Sardeshmukh, P. D., (1993) : Factors Determining the Extratropical
Response to Equatorial Diabatic
Heating Anomalies, Journal of the Atmospheric Sciences, 50,
907 – 918.Trenberth, K. E., and T. J. Hoar, (1996) : The 1990–1995 El Niño‐Southern Oscillation Event: Longest on record, Geophysical Research Letters, 23, 57 – 60.Wang, B., dan Fan, Z., (1999)
:
Choice of South Asian Summer Monsoon Indices, Bulletin of American Meteorology Society, 80,
629 –
638.Wang, B., Wu, R., dan
Lau, K. –M., (2001) : Interannual
Variability of the Asian Summer Monsoon: Contrasts between the Indian and the Western North‐East Asian Monsoon,
Journal of Climate, 14, 4073 –
4090.Wilks, D. S., (2006) : Statistical Methods in the Atmospheric Sciences, Academic Press, USA, 383 –
388.Wilson, J. W., dan
Schreiber, W. E., (1986) : Initiation of Convective Storms at Radar‐Observed Boundary‐Layer Convergence Lines. Monthly Weather Review, 114, 2516 –
2536.Wu, C.‐H., dan
Hsu, H.‐H., (2009) : Topographic Influence on the MJO in the Maritime Continent, Journal of Climate, 22, 5433 –
5448.Yang, G‐Y, dan Slingo, J., (2001) : The Diurnal Cycle in the Tropics, Monthly Weather Review, 129, 784 –
801.Zhu, W., Li, T., Fu, X., dan Luo, J‐J., (2010) : Influence
of the Maritime Continent on the Boreal Summer Intraseasonal
Oscillation, Journal of the Meteorological Society of
Japan, 88, 395 –
407.
TERIMA [email protected]
Top Related