## Keterkaitan Variasi Sinar Kosmik dengan Tutupan Awan
Riza Adriat 1)
1) Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian, Institut Teknologi Bandung Email: rizaadriat@gmail.com

## Abstrak
Sinar  kosmik  merupakan  salah  satu  faktor  dari  luar  angkasa  yang  mempengaruhi  pemanasan  global melalui  pengaruhnya  terhadap  proses  pembentukan  tutupan  awan.  Sinar  kosmik  dapat  mempengaruhi proses pembentukan tutupan awan melalui mekanisme ion-aerosol clear-air dan mekanisme ion-aerosol near-cloud.  Sinar  kosmik  berperan  sebagai  sumber  energi  yang  mengionisasi  aerosol  sehingga mempercepat  pembentukan  inti  kondensasi  awan.  Sinar  kosmik  dikorelasikan  dengan  awan  global menggunakan  klasifikasi  ISCCP  yang  membagi  awan  menjadi  sembilan  jenis  dari  tahun  1984  sampai 2008.  Sinar  kosmik  memiliki  korelasi  positif  dengan  tutupan  awan  rendah  (untuk  jenis  Stratocumulus dan Stratus) dan tutupan awan tinggi (untuk jenis Cirrus).

## Kata kunci: pemanasan global, sinar kosmik, tutupan awan
1. Latar belakang
Perubahan iklim dipengaruhi oleh dua faktor utama, pengaruh antropogenik dan alami (IPCC, 2013).  Faktor  yang  paling  besar  dalam perubahan  iklim  dipengaruhi  oleh  pemanasan global.  Pemanasan  global  disebabkan  oleh  gas rumah kaca yang  dipengaruhi oleh peningkatan emisi  CO 2 , di  mana  aktivitas  antropogenik menjadi penyebab utama peningkatan emisi CO 2 tersebut.  Selain  itu,  faktor  alami  yang mempengaruhi perubahan iklim adalah aktivitas matahari  yang  dapat  mempengaruhi  tiga unsur, yaitu  perubahan  laju  pemanasan  atmosfer, aktivitas  magnetik,  dan  sinar  kosmik  (Carslaw dkk., 2002). Berdasarkan hasil kajian sebelumnya oleh Svensmark dan Friss- Christensen (1997), menunjukkan bahwa terdapat  potensi  pengaruh  radiasi  sinar  kosmik terhadap perubahan iklim.
Sinar kosmik adalah radiasi yang berasal dari ledakan  bintang  (supernova)  dan  biasa  disebut Galactic  Cosmic  Rays.  Perambatan  sinar  kosmik menuju  bumi  dipengaruhi  oleh  aktivitas matahari,  jumlah  bintik  matahari,  dan  angin matahari (Dickinson, 1975). Peningkatan (penurunan)  intensitas  ketiga  faktor  tersebut akan  menurunkan  (meningkatkan)  intensitas radiasi sinar kosmik yang menuju  bumi. Radiasi sinar  kosmik  yang  mencapai  bumi  dapat mempengaruhi  pemanasan  global  melalui pembentukan  tutupan  awan  (Svensmark  dan Friss-Christensen, 1997).
Sinar kosmik mempengaruhi proses pertumbuhan  awan  berdasarkan  mekanisme ion-aerosol  clear-air  (Yu,  2002)  dan  ion-aerosol near-cloud (Carslaw dkk., 2002) melalui ionisasi aerosol  oleh  sinar  kosmik  yang  mengakibatkan percepatan pembentukan  inti kondensasi awan. Hasil  kajian  Marsh  dan  Svensmark  (2000) menyimpulkan bahwa sinar kosmik mempengaruhi  proses  pertumbuhan  awan
rendah  (1000  mb  hingga  680  mb)  yang ditunjukkan  oleh  korelasi  positif  antara  sinar kosmik terhadap tutupan awan rendah (Gambar 1).  Awan  rendah  sangat  dipengaruhi  oleh distribusi aerosol sehingga jika terjadi peningkatan  sinar  kosmik,  pembentukan  inti kondensasi  awan  rendah  akan  mengalami percepatan.  Penelitian  ini  akan  mengkaji  lebih lanjut  mengenai  keterkaitan  radiasi  sinar kosmik  terhadap  tutupan  awan  untuk  periode waktu  yang lebih panjang  dibandingkan dengan penelitian sebelumnya (1984–2008).
Gambar 1.  Rata-rata  global  anomali  tutupan awan bulanan untuk (a) tinggi (<440 hPa),  (b)  tengah (440-680 hPa), dan (c) rendah (>680 hPa) tutupan awan (biru)  dan  sinar  kosmik  (merah). (Marsh dan Svensmark, 2000)
2. Metodologi
i. Data Data  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah data sinar kosmik dan tutupan awan.
a. Sinar Kosmik
Data  sinar  kosmik  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  data  bulanan  dalam periode tahun 1984-2008 dari stasiun Huancayo,  Peru  (12°LS,  75°BB)  karena  stasiun ini  letaknya  paling  dekat  dengan  ekuator sehingga radiasi sinar kosmiknya tidak dipengaruhi  gangguan  lain,  seperti  medan magnet kutub bumi.
b. Tutupan Awan
Data  tutupan  awan  yang  diperoleh  dari
International  Satellite  Cloud  Climatology  Project (ISCCP) tahun 1984-2008. Data ISCCP merupakan  data  tutupan  sembilan  jenis  awan yang  dibedakan  berdasarkan  ketinggian  dan ketebalan  optiknya.  Awan  rendah  memiliki ketinggian  antara  1000  mb  hingga  680  mb, awan  menengah  memiliki  ketinggian  680  mb hingga  440  mb,  dan  awan  tinggi  memiliki ketinggian  antara  440  hingga  50  mb.  Hal  ini terlihat  pada  klasifikasi  awan  yang  ditunjukkan Gambar 2.
Gambar 2.  Klasifikasi awan
ISCCP yang dibedakan  berdasarkan  ketinggian dan  ketebalan  optik  awan  (Rossow dan Schiffer, 1999).

## ii. Metode
Metode  yang  digunakan  adalah  desktriptif analitis. Langkah-langkah penelitian yang dilakukan  meliputi  persiapan  dan  pengolahan data.
a. Perata-rataan Data
Proses  perata-rataan  data  dilakukan  dengan menggunakan Persamaan (1)
( , ) = 1 12 ( , ) (1)
( , ) adalah  variabel  pada  tahun  ke-j (j=1,…,25),  dan ( , ) adalah  variabel  terpilih pada  bulan  ke-i  (i=1,…,12).  Dengan  demikian, didapatkan  pengelompokan  rata-rata  tahunan dari tutupan awan dan sinar kosmik.
b. Anomali Data
Proses  konversi  data  menjadi  anomali dilakukan dengan mengurangi data dengan rata- rata data melalui Persamaan (2)
( , ) = ( , ) − ̅ ( , ) (2)
( , ) adalah anomali data, ( , ) adalah data dan ( , ) adalah rata-rata data.
c. Ekstraksi  Pola  Spasial  dan  Temporal Tutupan Awan
Korelasi  spasial  antara  sinar  kosmik  dan tutupan awan diperoleh dengan cara mengorelasikan  data  tutupan  awan  di  setiap grid  dengan  data  sinar  kosmik  di  stasiun  yang diasumsikan  seragam  secara  global,  sedangkan korelasi  temporalnya  diperoleh  dengan  cara merata-ratakan secara  global hasil dari  korelasi spasial antara sinar kosmik dan tutupan awan.
3. Hasil dan Pembahasan
i. Korelasi  Spasial  dan  Temporal  Tutupan Awan Rendah dengan Sinar Kosmik
Pola  spasial  dan  temporal  antara  sinar kosmik  dan  tutupan  awan  menunjukkan  bahwa sinar  kosmik  berkorelasi  positif  dengan  awan rendah  untuk  jenis  Stratocumulus  dan  Stratus seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
a.
b.
c.
Gambar 3.  Korelasi  spasial  (panel  kiri)  dan  korelasi  temporal  (panel  kanan)  antara  sinar  kosmik  dan tutupan  awan  rendah  di  mana  korelasi  temporal  antara  sinar  kosmik  dan  (a)  Cumulus,  (b) Stratocumulus, (c) Stratus berturut-turut adalah -0,229; 0,309; dan 0,232.
Berdasarkan  Gambar  3  terlihat  bahwa tutupan  awan  jenis  Stratocumulus  dan  Stratus paling  dipengaruhi  oleh  sinar  kosmik  karena korelasi spasialnya menunjukkan banyak daerah yang berkorelasi positif dan korelasi temporalnya di atas 0,2 (Gambar 3b dan Gambar 3c).  Namun  untuk  tutupan  awan  jenis  Cumulus banyak  daerah  yang  berkorelasi  negatif  dan korelasi  temporalnya  juga  bernilai  negatif (Gambar  3a).  Korelasi  temporal  antara  sinar kosmik  dan  tutupan  awan  rendah  untuk  jenis Cumulus,  Stratocumulus,  dan  Stratus  berturut- turut adalah -0,229; 0,309; dan 0,232.
Gambar 4.  Mekanisme  ion-aerosol  clear-air, hubungan  antara  sinar  kosmik,  CN,
CCN, dan awan (Yu, 2002).
Hal  ini  terkait  dengan  mekanisme  ion aerosol-clear  air (Gambar 4)  yang dikemukakan
oleh  Yu  (2002)  bahwa  awan  rendah  sangat sensitif  terhadap  distribusi  aerosol.  Jika  terjadi peningkatan  sinar  kosmik,  radiasi  sinar  kosmik akan  menyebabkan  meningkatnya  laju  ionisasi aerosol  dalam  pembentukkan  inti  kondensasi awan  rendah  yang  menyebabkan  semakin banyak proses pembentukan awan rendah.

## ii. Korelasi  Spasial  dan  Temporal  Tutupan Awan Menengah dengan Sinar Kosmik
Berbeda  dengan  jenis  awan  rendah,  seluruh jenis  awan  menengah  tidak  memiliki  korelasi dan  berkorelasi  negatif  dengan  sinar  kosmik baik  secara  spasial  maupun  temporalnya. Gambar  5  menunjukkan  korelasi  spasial  dan
temporal antara sinar kosmik dan tutupan awan menengah  untuk  jenis  Altocumulus,  Altostratus, dan Nimbostratus di mana korelasi temporalnya berturut-turut adalah -0,519;  -0,296; dan 0,047. Awan  menengah  jenis  Altocumulus  memiliki korelasi  negatif  yang  tinggi  yaitu  -0,519,  yang berarti  awan  menengah  jenis  Altocumulus pembentukannya  lebih  disebabkan  proses konvektif  dari  efek  termal  radiasi  matahari. Pengaruh  ionisasi  sinar  kosmik  terhadap tutupan awan menengah tidak dominan,  karena pembentukan  tutupan  awan  menengah  lebih banyak  disebabkan  dinamika  termal  atmosfer seperti hantaran energi secara konduksi.
a.
b.
c.
Gambar 5.  Korelasi  spasial  (panel  kiri)  dan  korelasi  temporal  (panel  kanan)    antara  sinar  kosmik  dan tutupan awan menengah di mana korelasi temporal antara sinar kosmik dan (a) Altocumulus, (b) Altostratus, (c) Nimbostratus berturut-turut adalah -0,519; -0,296; dan 0,047.

## iii. Korelasi  Spasial  dan  Temporal  Tutupan Awan Tinggi dengan Sinar Kosmik
Hasil  korelasi  sinar  kosmik  dengan  awan tinggi  menunjukkan  bahwa  tutupan  awan  jenis Cirrus memiliki korelasi positif paling tinggi jika dibandingkan  dengan  jenis  tutupan  awan lainnya  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  6a. Nilai korelasi temporal antara sinar  kosmik dan tutupan  awan  tinggi  untuk  jenis  Cirrus, Cirrostratus, dan Deep-Convection berturut-turut adalah 0,354; -0,463; dan 0,167 (Gambar 6).
Korelasi  positif  antara  sinar  kosmik  dan awan  tinggi  untuk  jenis  Cirrus  kemungkinan juga  disebabkan  oleh  mekanisme  ion  aerosol- clear  air  dan  mekanisme  tambahan  yaitu mekanisme  ion  aerosol-near  cloud  (Gambar  7). Mekanisme  ini  diusulkan  oleh  Carslaw  (2002) karena  gangguan  yang  terjadi  di  atas  awan.
Daerah  di  sekitar  200  meter  di  atas  lapisan awan yang tipis menjadi lebih bermuatan positif daripada  udara  di  sekitarnya  karena  ionisasi sinar kosmik. Kemudian partikel-partikel proton tersebut  mengionisasi  aerosol  yang  ada  di  atas lapisan  awan  dan  mengalami  scavenging  ke dalam  awan.  Tinsley  (2003)  juga  mengusulkan bahwa  ionisasi  dan  scavenging  menyebabkan meningkatnya  keberhasilan  aerosol  sebagai  inti pembentuk  es.  Sementara  proses  pembentukan untuk  awan  tinggi  jenis  Cirrostratus  dan  Deep- Convection  lebih  disebabkan  karena  dinamika atmosfer  seperti  proses  konvektif  dari  radiasi matahari karena terlihat dari korelasi temporalnya untuk awan tinggi jenis Cirrostratus memiliki korelasi negatif yang tinggi yaitu -0,463.
a.
b.
c.
Gambar 6.  Korelasi  spasial  (panel  kiri)  dan  korelasi  temporal  (panel  kanan)    antara  sinar  kosmik  dan tutupan  awan  tinggi  di  mana  korelasi  temporal  antara  sinar  kosmik  dan  (a)  Cirrus,  (b) Cirrostratus, (c) Deep-Convection berturut-turut adalah 0,354; -0,463; dan 0,167.
Gambar 7.  Mekanisme  ion-aerosol  near-cloud ketika partikel sinar kosmik berkumpul  di  atas  lapisan  awan yang  tipis  kemudian  mengalami scavenging sehingga akan
meningkatkan  kesempatan  aerosol- aerosol  di  dalam  awan  menjadi  inti pembentuk es  (Carslaw dkk., 2002).
Berdasarkan  hasil  korelasi  temporal  untuk seluruh  jenis  awan  dengan  sinar  kosmik diperoleh awan jenis Stratocumulus, Stratus, dan Cirrus  yang  memiliki  korelasi  positif  tertinggi. Ketiga  jenis  awan  ini  proses  pembentukkannya paling  dipengaruhi  oleh  sinar  kosmik.  Secara temporal  ketiga  jenis  awan  di  atas  akan memiliki  anti  korelasi  dengan  siklus  aktivitas bintik matahari. Sebaliknya awan jenis Altocumulus  dan  Cirrostratus  memiliki  korelasi negatif  tertinggi  dengan  sinar  kosmik.  Jenis awan  ini  pembentukannya  lebih  dominan dipengaruhi  oleh  dinamika  atmosfer  dan korelasi  kedua  jenis  awan  ini  akan  beriringan dengan  fase  siklus  aktivitas  bintik  matahari. Untuk  lebih  jelasnya  hasil  korelasi  temporal antara  tutupan  awan  dan  sinar  kosmik ditunjukkan oleh Tabel 1.
Tabel 1.  Korelasi  temporal  tutupan  awan  dan sinar kosmik. Jenis Awan Korelasi Temporal Cumulus -0,229 Stratocumulus 0,309 Stratus 0,232 Altocumulus -0,519 Nimbostratus 0,047 Cirrus 0,354 Cirrostratus -0,463 Deep-Convection 0,167
4. Kesimpulan Secara global, variasi sinar kosmik
mempunyai  korelasi  positif  dengan  fraksi tutupan  awan  rendah  jenis  Stratocumulus  dan Stratus,  serta  awan  tinggi  jenis  Cirrus  dalam periode  1984  sampai  tahun  2000.  Hasil  ini konsisten dengan temuan Marsh dan Svensmark (2000) yang menggunakan data dari tahun 1984 sampai 1995. Selebihnya, kajian ini mengungkapkan  bahwa  nilai  korelasi  positif yang tinggi antara sinar kosmik dengan tutupan awan  hanya  berlaku  di  wilayah  yang  fraksi tutupan  awannya  secara  rata-rata  rendah (kurang dari 10%), di mana pengaruh dinamika atmosfer lokal dalam proses pembentukan awan dapat  dianggap  cukup  lemah  sehingga  sinar kosmik  dapat  secara  efektif  mempercepat  dan memperbanyak proses pembentukan inti kondensasi awan.

## Daftar Pustaka
Carslaw,  K.S.,  Harrison,  R.G.,  dan  Kirkby,  J.
(2002) : Cosmic rays, clouds, and climate, Science, 298, 1732-1737.
Dickinson, R.E. (1975) : Solar variability and the lower  atmosphere,  Bull.  Amer.  Meteor. Soc., 56, 1250-1248.
IPCC.  (2013)  :  Anthropogenic  and  Natural Radiative  Forcing,  IPCC  WGI  Fifth Assessment Report , Chapter 8, 659-740.
Marsh,  N.D.  dan  Svensmark,  H.  (2000)  :  Low cloud  properties  influenced  by  cosmic rays, Phys. Rev. Lett., 85, 5004-5007.
Rossow,  W.B.  dan  Schiffer,  R.A.  (1999)  : Advances  in  understanding  clouds  from ISCCP,  Bull.  Amer.  Meteor.  Soc,  80,  2261- 2287.
Svensmark, H. dan Friss-Christensen, E. (1997) : Variation  of  cosmic  ray  flux  and  global cloud  coverage-a  missing  link  in  solar- climate  relationship,  J.  Atmos.  Solar-Terr.
Phys, 59, 1225-1232.
Yu, F. (2002) : Altitude variations of cosmic  ray induced production of aerosol:
Implication  for  global  cloudiness  and climate, Geophys. Res. Lett, 107, 1-10.