## STUDI VARIASI MUSIMAN KEMUNCULAN PLASMA BUBBLE MENGGUNAKAN AIRGLOW IMAGER DAN
GPS SINTILASI DI ATAS KOTOTABANG [STUDY ON SEASONAL VARIATION OF PLASMA BUBBLE OCCURRENCES OBSERVED BY GPS SCINTILLATION AND AIRGLOW MEASUREMENTS OVER KOTOTABANG]
Ednofri *) , Susumu SAITO **) , Yuichi OTSUKA ***)
*) Loka Pengamatan Atmosfer Lapan Kototabang, Indonesia **) Electronic Navigation Research Institute (ENRI), Tokyo, Japan
***) Solar-Terrestrial Environment Laboratory, Nagoya University, Japan e-mail: ednofri_lapan@yahoo.com

## ABSTRACT
With the increasing reliance on satellite-based positioning, navigation and timing systems  on  GNSS,  predicting  the  plasma  bubble  occurrence  is  more  and  more demanded.  This  study  aimed  to  characterize  the  impacts  of  ionospheric irregularities associated  with  plasma  bubbles  occurrences  and  scintillation  on  GNSS  application during  the  declining  solar  activity.  To  reveal  seasonal  variation  of  ionospheric irregularities  associated  with  plasma  bubbles,  we  use  an  all-sky  airglow  imager  (ASI) that are installed at Kototabang (0.2 o S, 100.3 o E, -10.4 o magnetic latitude), Indonesia to detect large-scale plasma density depletions as two-dimensional images, the amplitude scintillation  index  (S 4 )  obtained  from  three  single-frequency  GPS  receivers  installed  at the  same  location  and  geomagnetic  storm  event  (Dst  index)  obtained  from  the  World Data Center for Geomagnetism, Kyoto. We analyzed the occurrence of plasma bubble in ASI  images  from  2003-2009  and  found  that  the  occurrence  rate  was  highest  during May-July  than  other  months  which  is  different  from  the  seasonal  variation  of scintillation occurrences that were generally known so far. The high occurrence rate in May-July  was  not  due  to  geomagnetic  storms,  because  the  statistics  did  not  change after  removing  the plasma bubble events  that  may  be  caused by geomagnetic storms. We  also  studied  the  spatial  relationship  between  the  ionospheric  scintillation  and  the large-scale plasma bubble structure seen in ASI images. We found some events where the  ionospheric  pierce  points  (IPPs)  of  the  GPS  satellites  were  inside  the  large-scale plasma bubble structure seen in ASI images without scintillation occurrence.
Keywords: Plasma bubbles, Scintillation, Geomagnetic storms, GNSS

## ABSTRAK
Dengan  meningkatnya  ketergantungan  pada  sistem  penentuan  posisi  berbasis satelit,  navigasi  dan  waktu  pada  GNSS,  prediksi  kejadian  gelembung  plasma menjadi lebih  dibutuhkan.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  karakter  dampak iregularitas ionosfer yang terkait dengan kejadian gelembung plasma dan sintilasi pada aplikasi  GNSS  selama  aktivitas  matahari  menurun.  Untuk  mendapatkan  informasi variasi  musiman  iregularitas  ionosfer  yang  terkait  dengan  gelembung  plasma,  kami menggunakan All-sky  Airglow  Imager (ASI)  yang  dipasang  di  Kototabang  (0.2ºLS, 100.3ºBT, -10,4º lintang magnetik) Indonesia, untuk mendeteksi penipisan kepadatan plasma  skala  besar  dalam  bentuk  citra  dua  dimensi,  indeks  amplitudo  sintilasi  (S 4 )
yang  diperoleh  dari  tiga single-frequency  GPS  receiver yang  dipasang  di  lokasi  yang sama dan kejadian badai magnetik (indeks Dst) yang diperoleh dari World Data Center for  Geomagnetism ,  Kyoto.  Kami  menganalisis  kejadian  gelembung  plasma  pada  citra ASI  dari  tahun  2003-2009  dan  menemukan  bahwa  tingkat  kejadian  tertinggi  pada bulan  Mei-Juli  yang  berbeda  dari  variasi  musiman  kejadian  gelembung  plasma  yang umumnya  diketahui  selama  ini.  Tingkat  kejadian  yang  tinggi  pada  Mei-Juli  bukan disebabkan  oleh badai  magnetik, karena statistik  menunjukkan  tidak  ada perubahan yang  signifikan  setelah  peristiwa  gelembung  plasma  yang  mungkin  disebabkan  oleh badai  magnetik dieliminasi.  Kami  juga mempelajari  hubungan  spasial  antara  sintilasi ionosfer dan struktur gelembung plasma skala besar yang terlihat pada citra ASI. Kami menemukan beberapa peristiwa dimana IPPs dari satelit GPS berada di dalam struktur gelembung plasma skala besar pada citra ASI, tetapi tidak teramati adanya sintilasi.
Kata Kunci: Gelembung plasma, Sintilasi, Badai magnetik, GNSS

## 1 PENDAHULUAN
Indonesia  terletak  di  daerah  lintang  magnetik  rendah  dan  mencakup  wilayah yang  sangat  luas.  Untuk  tujuan  transportasi  nasional,  pertahanan  dan  keamanan, teknologi  berbasis  satelit  navigasi  dan  komunikasi  radio  HF  akan  sangat  berguna. Global Navigation Satellite System (GNSS) adalah infrastruktur dasar yang mendukung berbagai moda transportasi (seperti darat, laut, dan udara), survei, dan waktu. Karena GNSS adalah teknologi trans-ionosfer, teknologi ini rentan terhadap gangguan ionosfer, seperti gelembung plasma yang dapat menyebabkan sintilasi pada sinyal radio. Variasi musiman  tingkat  kejadian  gelembung  plasma,  yang  tergantung  pada  bujur,  dapat dijelaskan  dalam  kaitannya  dengan  deklinasi  medan  magnetik  bumi  (Tsunoda,  1985; Maruyama  dan  Matuura,  1984).  Studi  sebelumnya  menunjukkan  bahwa  puncak variasi  musiman  kejadian  sintilasi  yang  disebabkan  oleh  gelembung  plasma  adalah pada  ekuinoks  di  Kototabang  Indonesia  (Otsuka  et  al.  2006).  Lee  et  al.  (2009)  juga melaporkan variasi musiman yang sama untuk kejadian fluktuasi fase sinyal GPS yang tinggi di Taiwan.
Iregularitas  ionosfer  terbentuk  setelah  matahari  terbenam  karena  proses ketidakstabilan Rayleigh-Taylor yang  bekerja  pada  gradien  kerapatan  ke  arah  atas dengan medan listrik ke arah timur. Gelembung plasma pertama kali dihasilkan pada sisi  bawah  lapisan  F,  kemudian  menembus  ke  sisi  atas  wilayah  lapisan  F  (Woodman dan  Lahoz,  1976).  Di  wilayah  lintang  rendah,  gangguan  plasma  ionosfer,  seperti penipisan kepadatan ionosfer yang disebut gelembung plasma, sering terjadi (Saito dan Maruyama, 2006; 2007). Selama ini diketahui bahwa gelembung plasma sering terjadi dalam  kondisi  magnetik  tenang  atau  dalam  kondisi  sangat  terganggu  (Huang  et  al. 2001),  yang  menunjukkan  perbedaan  energi  penggerak  untuk  memicu  pertumbuhan gelembung plasma.
Di  Kototabang  (0.2 ºLS,  100.3 ºBT,  -10.4º  lintang  magnetik),  Sumatera  Barat Indonesia, banyak diinstal peralatan penelitian untuk mempelajari kejadian gelembung plasma  seperti Equatorial  Atmosphere  Radar (EAR), All-sky  Airglow  Imager (ASI), GPS receiver ,  Ionosonda  dan VHF  backscatter  radar .  Semua  peralatan  tersebut  dapat mendeteksi  perbedaan  manifestasi  dari  gelembung  plasma  dengan  kelebihan  dan kekurangannya. Sebagai contoh, ASI mendeteksi penipisan airglow skala besar sebagai citra dua dimensi, tetapi hanya dalam kondisi langit cerah dan gelap saja.
Amplitudo  sintilasi  sinyal  GPS  dikaitkan  dengan  iregularitas  ionosfer  dengan skala ukuran dari beberapa ratus meter tidak tergantung pada kondisi cuaca. Namun, receiver hanya  dapat  mengamati  beberapa  titik  di  langit  dimana  satelit  GPS berada. Karakteristik  sintilasi  ionosfer  di  atas  Kototabang  telah  dipelajari  oleh
Otsuka et al . (2006) dan secara umum konsisten dengan hasil penelitian di lokasi lain di dunia (Otsuka et al. 2006 dan referensi di dalamnya). Namun, analisis rinci serupa untuk  karakteristik  gelembung  plasma  yang  terlihat  pada  citra  ASI  belum  banyak dipelajari. Dengan  demikian,  akan  lebih  bermanfaat  membandingkan  karakteristik gelembung plasma yang diamati dengan metode yang berbeda.
Untuk mengetahui iregularitas ionosfer yang terkait dengan gelembung plasma, kami  menggunakan  indeks  amplitudo  sintilasi  (S 4 )  yang  diperoleh  dari  tiga single- frequency GPS receivers dan citra airglow diperoleh dari ASI. Amplitudo sintilasi sinyal GPS adalah penanda dari keberadaan (beberapa ratus meter) iregularitas plasma skala kecil. ASI  dapat  mendeteksi  penipisan  kepadatan  plasma  skala  besar  terkait  dengan gelembung plasma sebagai citra dua dimensi.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melihat kemungkinan penggunaan ASI dalam mengamati kejadian gelembung plasma dan sintilasi pada aplikasi GNSS selama magnetik  tenang  tahun  2003-2009. Untuk  mengetahui  perilaku  yang  berbeda  dari gelembung  plasma  yang  terlihat  dalam  pengukuran  ASI  dan  GPS  sintilasi,  kami  juga mempelajari  hubungan  spasial  antara  sintilasi  ionosfer  dan  struktur  gelembung plasma skala besar yang terlihat pada citra ASI.

## 2 DATA DAN METODOLOGI
Kami menggunakan citra airglow , intensitas sintilasi (indeks S 4 ) yang diperoleh dari  peralatan airglow  imager dan  GPS  sintilasi  yang  diinstal  di  Kototabang  untuk semua  kondisi  aktivitas  magnetik  dari  periode  tahun  2003-2009  saat  aktivitas matahari  menurun.  Peralatan All-sky  Airglow  Imager (ASI)  diinstal  di  LAPAN Kototabang, Sumatera Barat Indonesia sejak Oktober 2002 sebagai bagian dari Optical Mesosphere  Thermosphere  Imagers (OMTIs)   (Shiokawa  et  al.  1999). Peralatan  ini menggunakan lensa fisheye (f = 24mm), sebuah cooled CCD camera , dan 5 buah filter optik dengan pass-band yang sesuai dengan perbedaan proses emisinya dari ketinggian yang berbeda pula.
Tabel 2-1:  DAFTAR 5 BUAH FILTER OPTIK DAN TINGKAT SENSITIVITAS DARI PERALATAN AIRGLOW
IMAGER KOTOTABANG (Shiokawa et al. 2009) Emission  Wavelength (nm) Bandwidth (nm) Exposure (sec) Sensitivity (count/R/s) OI 557.7 1.96 105 0.056 OI 630.0 1.98 105 0.115 OH 720-910* 190 15 _ OI 777.4 1.78 165 0.089 bg 572.5 2.06 105 0.082
Dalam  penelitian  ini  kami  menggunakan  panjang  gelombang  630  nm  untuk mengamati  kejadian  gelembung  plasma  dalam  bentuk  citra  dua  dimensi. Persamaan (2-1) - (2-3) menunjukkan reaksi fotokimia dari airglow dengan panjang gelombang 630 nm. Panjang  gelombang  630  nm  dipancarkan  melalui  rekombinasi  disosiatif  ion molekul oksigen (O 2+ ) yang dihasilkan oleh reaksi pertukaran muatan antara ion atom oksigen (O + ) dan molekul oksigen netral (O 2 ). Kerapatan ion atom oksigen  (O + ) hampir sama  dengan  kerapatan  elektron  di  lapisan  F.  Ketinggian  puncak  kerapatan  elektron lapisan F adalah 400 km, sedangkan kerapatan molekul oksigen netral (O 2 ) meningkat dengan  penurunan  ketinggian.  Dengan  demikian  emisi  630  nm  adalah  di  sisi  bawah lapisan F pada ketinggian 200-300 km. Jika ketinggian lapisan F menurun, emisi 630 nm  akan  meningkat,  karena  plasma  lapisan  F  (ion-ion  O + )  bereaksi  dengan  molekul
oksigen  kerapatan  tinggi  di  ketinggian  yang  lebih  rendah.  Dengan  demikian, airglow dengan  panjang  gelombang  630  nm  merupakan  suatu  indikator  dari  ketinggian  dan kerapatan plasma lapisan F (Shiokawa et al. 2006);
(2-1) (2-2)
(2-3)
Gambar 2-1 menunjukkan contoh-contoh citra airglow pada panjang gelombang 630 nm dengan kondisi langit yang berbeda di atas Kototabang. Bagian utara geografis adalah ke arah atas dari titik tengah dan timur geografis berada di arah sebelah kanan.
Gambar 2-1: Kondisi langit dari citra airglow imager yang teramati menggunakan panjang gelombang 630 nm, (a) langit cerah dengan banyak bintang, (b) berawan, (c) hujan, (d) langit cerah dengan banyak bintang dan teramati kemunculan gelembung plasma
Tabel 2-2 di bawah menunjukkan jumlah data hari pengamatan setiap bulannya dari  ASI  selama  tahun  2003-2009  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini. Adanya  data pengamatan  yang  tidak  lengkap  setiap  bulannya  karena  masalah  teknis  instrumen, yang terjadi secara sporadis dan juga karena pengurangan 3-5 hari pengamatan untuk menghindari cahaya bulan yang selalu ada setiap bulannya, mengingat operasional ASI yang tidak dapat dilakukan jika ada cahaya terang.
Tabel 2-2:  JUMLAH  DATA  HARI  SETIAP  BULAN  DARI  PENGAMATAN AIRGLOW  IMAGER (630  nm) YANG AKAN DIANALISIS
Thn/Bln  Jan  Feb  Mar  Apr  May  Jun  Jul  Aug  Sep  Oct  Nov  Dec
2003 27 23 27 24 27 8 0 12 25 25 26 24 2004 26 25 27 25 28 24 22 22 23 19 24 22 2005
26 22 27 25 28 26 27 25 22 24 19 1 2006 23 24 27 23 21 17 0 22 25 15 12 0 2007 18 16 1 6 24 25 25 25 25 27 27 20 2008 26 25 26 25 27 23 21 22 21 19 24 27 2009 26 24 4 0 3 2 4 21 25 22 10 8
Tingkat kejadian penipisan airglow terkait dengan gelembung plasma dievaluasi dengan menghitung  jumlah jam langit cerah dan  jumlah jam kemunculan gelembung plasma  dalam  citra  ASI  oleh  mata  manusia  malam  hari  dengan  tidak  membedakan kejadian  sebelum  dan  setelah  tengah  malam.  Total  probabilitas  kejadian  gelembung plasma(P PB ) dirumuskan sebagai;
) cerah H / PB (H PB P 
(2-4)
Dimana  H PB dan  H cerah adalah  jumlah  jam  gelembung  plasma  dan  langit  cerah dalam data ASI. Analisis kami hanya fokus pada kondisi langit cerah pada malam hari, kemudian melihat kemunculan gelembung plasma selama periode langit cerah tersebut (Suzuki et al. 2004; Shiokawa et al. 2006).
Untuk menghapus dampak dari badai magnetik, probabilitas gelembung plasma dalam kondisi magnetik tenang (P PB, tenang ) dirumuskan sebagai;
(2-5)
di  mana  H PB,  tenang dan  H cerah,  tenang adalah  jumlah  jam  gelembung  plasma  dan  langit cerah dalam data ASI yang diperoleh dalam kondisi magnetik tenang.
GPS  sintilasi  diinstal  di  lokasi  yang  sama  dengan  peralatan  a ll-sky  airglow imager . Karena sintilasi disebabkan oleh iregularitas plasma dengan skala spasial 400 m  yang  ada  dalam  gelembung  plasma,  kejadian  sintilasi  dapat  dianggap  sebagai penanda dari kejadian gelembung plasma di atas Kototabang. Tiga buah receiver GPS sintilasi  (Astech  G12)  dengan  frekuensi  tunggal  (1,5754  GHz)  diinstal  berdekatan dengan  jarak  116,  127  dan  152  m  dapat  mendeteksi  gelembung  plasma  sebagai sintilasi pada sinyal GPS dan mengukur kecepatan pergerakan mereka dalam area 500 km di sekitar Kototabang pada ketinggian 350 km. Tingkat sampling dari receiver GPS sintilasi  adalah  20  Hz. Sintilasi  sinyal  GPS  direpresentasikan  oleh  indeks  S 4 untuk mempelajari  efek  iregularitas  skala  kecil  (beberapa  ratus  meter)  terkait  dengan gelembung plasma terhadap perambatan gelombang radio melalui ionosfer.
Gambar 2-2: Konfigurasi  tiga  receiver  GPS  yang  dipasang  di  Kototabang. Dua  receiver  (E  dan  W) ditempatkan dalam arah timur-barat dan receiver (S) terletak di sebelah selatan mereka. Jarak antara masing-masing receiver 116, 127, dan 152m (Otsuka et al . 2006)
Badai  magnetik  ditandai  oleh  komponen  horizontal  (H)  dari  medan  magnet bumi. Dalam hal ini dinyatakan oleh indeks geomagnet Dst, diperoleh dari World Data Center  for  Geomagnetism ,  Kyoto  (www.wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp).  Badai  diklasifikasikan dengan indeks intensitas Dst negatif. Dalam studi ini, intensitas badai magnetik yang kami gunakan adalah <-50 nT.

## 3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar  3-1  menunjukkan  tingkat  terjadinya  jumlah  jam  langit  cerah  (H cerah ) dan  jumlah  jam  kejadian  gelembung  plasma  (H PB )  selama  7  tahun  dari  pengukuran otomatis  oleh airglow  imager ,  dari  tahun  2003-2009. Disebabkan  iklim  tropis  dan banyaknya  pegunungan  disekitar  pulau  Sumatera,  langit  di  Kototabang  cenderung berawan. Kemungkinan puncak langit cerah adalah pada bulan Mei dan Juni. Namun, karena  pengukuran  otomatis  jangka  panjang,  kami  memiliki  puluhan  jam  interval langit  cerah  untuk  setiap  bulannya. Kami  telah  mempelajari  variasi  musiman  dari kejadian  gelembung  plasma  dalam  data  ASI  yang  diperoleh  dari  tahun  2003- 2009. Masing-masing ada 317, 454, 250, dan 295 jam kondisi langit malam yang cerah pada  periode  bulan  Februari-April,  Mei-Juli,  Agustus-Oktober,  dan  November- Januari. Pada periode tersebut, gelembung plasma terjadi selama 63, 107, 32, dan 19 jam.

## Gambar 3-1: Total  jam  untuk  langit  malam  yang  cerah  dan  kejadian  gelembung  plasma  dari  tahun 2003-2009 di atas Kototabang
Menggunakan  persamaan  (2-4)  kami  memperoleh  probabilitas  kejadian gelembung plasma yang tinggi pada bulan Mei-Juli (23,6%) dibandingkan bulan-bulan lainnya  (Gambar  3-2). Hal  ini  berbeda  dengan  variasi  musiman  kejadian  gelembung plasma  yang  umumnya  dikenal  sejauh  ini. Misalnya,  Otsuka et  al . (2006)  telah menunjukkan  bahwa  selama  tahun  2003-2004  variasi  harian  dari  S 4 adalah  tinggi pada bulan-bulan ekuinoks (Maret-April dan September-Oktober).
317 454 250 295 63 107 32 19 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Feb-Apr Mei-Jul Agu-Okt Nov-Jan Jum lah J am Ke m un cul an (2003 -2009) Langit cerah Gelembung plasma 19,9 23,6 12,8 6,4 0 10 20 30 40 50 Feb-Apr Mei-Jul Agu-Okt Nov-Jan
P ro ba bi lit as ( %)

## Gambar 3-3: Variasi musiman kejadian gelembung plasma setiap tahunnya dari 2003-2009
Gambar  3-3  menunjukkan  probabilitas  bulanan  kemunculan depletions airglow /gelembung plasma (P PB ) yang dipisah setiap tahunnya dari 2003-2009 selama fase siklus matahari menurun. Aktivitas gelembung plasma terlihat berkurang dengan menurunnya aktivitas matahari selama tahun 2003-2009. Meskipun data untuk setiap bulannya  tidak  lengkap  karena  masalah  teknis  instrumen  dan  terbatasnya  kondisi langit  cerah  di  atas  Kototabang,  probabilitas  variasi  musiman  kejadian  gelembung plasma  untuk  setiap  tahun  umumnya  sama  dengan  rata-rata  keseluruhan  tahun (Gambar  3-2). Ini  berarti  bahwa  puncak  probabilitas  kejadian  gelembung  plasma  di bulan Mei-Juli tidak memiliki ketergantungan pada aktivitas matahari.
Kemungkinan-kemungkinan  yang  menyebabkan  peningkatan  gelembung plasma  pada  bulan  Mei-Juli  ini,  masih  menjadi  pertanyaan.  Selama  ini  diketahui bahwa  kemunculan  gelembung  plasma  maksimum  setelah  tengah  malam  ( post- midnight )  dibandingkan  kemunculannya  sebelum  tengah  malam  ( post-sunset )  selama aktivitas  matahari  menurun  (Abdu  et  al.  2012).  Gelembung  plasma  juga  dikenali sebagai penyebaran echo pada ionogram (ESF), echo pada HF-VHF radar dan sintilasi ionosfer  dari  sinyal  satelit.  MacDougall  et  al.  (1998)  melaporkan  dari  sektor  Brazil bahwa  kejadian spread  F maksimum  pada  periode  setelah  matahari  terbenam  dan lebih  banyak  terjadi  pada  waktu  ekuinoks  selama  aktivitas  matahari  meningkat, sedangkan selama aktivitas matahari menurun puncak terjadinya spread F maksimum setelah  tengah  malam  selama  titik  balik  matahari  ( solstice )  yang  didahului  oleh
peningkatan  abnormal  pada  ketinggian  lapisan  F.  Pada  penelitian  yang  lain, pengamatan  ionosonda  di  India  menunjukan  tingkat  terjadinya spread  F yang  tinggi setelah  tengah  malam  di  bulan  Juni  ( solstice )  selama  aktivitas  matahari  menurun (Subbarao et al. 1994; Chandra et al. 2003).
Hipotesis awal kami untuk peningkatan gelembung plasma pada bulan Mei-Juli ini  adalah  karena  tingkat  langit  cerah  di  Kototabang  sangat  rendah,  maka  jumlah datanya  sedikit,  sehingga  kontaminasi  badai  magnetik  yang  menginduksi  gelembung diperkirakan  dapat  mengubah  probabilitas  kejadian  gelembung  plasma  yang  tinggi pada  bulan  Mei-Juli  tersebut. Untuk  menguji  hipotesis  ini,  kami  memperkirakan probabilitas  terjadinya  gelembung  plasma  dalam  kondisi  magnetik  tenang  (P PB, tenang ) dari  persamaan (2-5). Masing-masing  ada  316,  450,  250,  dan  295  jam  untuk kondisi  langit  malam  yang  cerah  saat  aktivitas  magnetik  tenang  (H cerah,  tenang ) pada bulan  Februari-April, Mei-Juli,  Agustus-Oktober, dan  November-Januari. Saat periode tersebut, gelembung plasma terjadi selama 62, 103, 32, dan 19 jam (H PB, tenang ). Gambar 3-4  membandingkan  probabilitas  kejadian  gelembung  plasma  dalam  kondisi  untuk semua aktivitas magnetik (P PB ) dengan kondisi magnetik tenang saja (P PB, tenang ).

## Gambar 3-4:  Perbandingan  probabilitas  kejadian  gelembung  plasma  dari  tahun  2003-2009  setelah menghapus efek dari badai magnetik
Disini  jelas  bahwa  probabilitas  kemunculan  yang  tinggi  pada  bulan  Mei-Juli tidak  turun  signifikan  setelah  mengeliminasi  efek  dari  badai  magnetik. Kami menemukan  penurunan  kecil  dari  probabilitas  kejadian  gelembung  plasma  setelah menghapus  efek  badai  magnetik,  seperti  untuk  bulan  Mei-Juli  dari  23,6%  menjadi 22,9%.  Hasil  ini  konsisten  dengan  penelitian  sebelumnya  yang  menunjukkan  bahwa aktivitas magnetik dapat meningkatkan kejadian gelembung plasma ekuator. Misalnya, Basu  et  al.  (2001;  2007)  menyarankan  bahwa  penetrasi  medan  listrik  ke  arah  timur pada  sore  hari  selama  fase  utama  badai  magnetik  menyebabkan  ionosfer  ekuatorial terangkat  dengan  cepat  dan  mengatur  ketidakstabilan  plasma  untuk  menjadi gelembung  plasma.  Huang  et  al.  (2010)  meneliti  pengukuran Defense  Meteorological Satellite  Program (DMSP)  dan  menemukan  bahwa  penetrasi  medan  listrik  waktu  sore hari adalah ke arah timur, berlangsung selama beberapa jam selama fase utama badai magnetik  dan  menyebabkan  pergeseran  ion  yang  besar  ke  arah  atas  dalam  ionosfer ekuatorial. Kelley et al. (2008) mengukur medan listrik sebagai input ke dalam model ionosfer  dan  berhasil  menemukan  gelembung  plasma  skala  besar  di  ionosfer  ekuator saat badai magnetik yang kuat.
19, 9 23, 6 12, 8 6, 4 19, 6 22, 9 12, 8 6, 4 0 10 20 30 40 50 Feb_Apr Mei-Jul Agu-Okt Nov-Jan P robabi lit as (% ) Semua kondisi magnetik
Tanpa badai magnetik
Untuk  menyelidiki  perbedaan  perilaku  dari  gelembung  plasma  yang  teramati dalam  ASI  dan  GPS  sintilasi,  satu  peristiwa  dipilih  dari  pengamatan  panjang gelombang 630 nm airglow dan receiver GPS sintilasi.
Gambar 3-5: Pemetaan citra ASI dengan IPP satelit GPS (19/12/2008) Gambar 3-5 menunjukkan distribusi airglow pada peta geografis dari emisi yang diasumsikan  diketinggian  250  km  yang  diamati  pada  malam  tanggal  19  Desember 2008. Lingkaran titik di peta menunjukkan lokasi titik dari satelit GPS yang menembus ionosfer  (IPP)  dilacak  oleh receiver GPS  sintilasi. Ukuran  dan  warna  titik  mewakili besarnya sintilasi (indeks S 4 ) . Saat nilai indeks S 4 meningkat, lingkaran titik membesar, dan  perubahan  warna  menjadi  hijau,  kuning,  dan  selanjutnya  menjadi merah. Hubungan  spasial  antara  sintilasi  dan  gelembung  plasma  pada  peta  ASI (Gambar  3-5)  menunjukkan  bahwa  IPP  dari  satelit  PRN22  benar-benar  berada  dalam struktur  gelembung  plasma  (23:48:37  LT),  tetapi  tidak  teramati  adanya sintilasi. Gelembung  plasma  tanpa  terjadinya  sintilasi  seperti  yang  diamati  pada Gambar  3-5  mungkin  bisa  menjadi  salah  satu  penjelasan  untuk  perilaku  musiman yang  berbeda  dari  gelembung  plasma  dalam  data  ASI  dan  GPS  sintilasi. Kejadian sintilasi  setelah  tengah  malam  diketahui  berkurang,  karena  iregularitas  ionosfer dengan  ukuran  skala  yang  lebih  kecil  menghilang  lebih  cepat  (Basu  et  al.  1978). Bahkan, Otsuka et al . (2006) menunjukkan bahwa sintilasi ionosfer di atas Kototabang dengan  cepat  menghilang  setelah  tengah  malam.  Saito et  al . (2008)  juga  melaporkan
iregularitas  skala  3m  menghilang  setelah  tengah  malam,  meskipun  masih  ada gelembung  plasma. Namun,  kejadian  yang  ditampilkan  dalam  makalah  ini  adalah sebelum  tengah  malam. Kondisi  ini  dapat  disebabkan  oleh  iregularitas  yang  terlalu lemah untuk menimbulkan sintilasi; densitas yang rendah sekitar IPP karena aktivitas matahari  menurun,  jauh  dari  puncak  anomali  ekuator,  faktor  kemiringan  lebih  kecil untuk  sudut  elevasi  satelit  yang  lebih  tinggi. Ini  adalah  temuan  penting  bahwa karakteristik  kemunculan  gelembung  plasma  dapat  berbeda  untuk  manifestasi  yang berbeda dari gelembung plasma seperti sintilasi ionosfer.
Di  akhir  periode  aktivitas  matahari  minimum,  telah  dilakukan  pengamatan Field-Aligned  Irregularities (FAIs)  di  lapisan  F  menggunakan  radar  VHF  dengan frekuensi 30,8 MHz setelah tengah malam selama tahun 2006-2007 di atas Kototabang (Otsuka et  al. 2009). Mereka  melaporkan  bahwa  sintilasi  sinyal  GPS  tidak  teramati setelah  tengah  malam  oleh  radar  VHF,  tapi  lebih  banyak  teramati  pada  periode sebelum tengah malam Li et al . (2011) dengan menggunakan data fluktuasi TEC global saat  matahari  maksimum  menunjukkan  bahwa,  tingkat  kejadian equator  F  region irregularities (EFIs)  yang  tinggi  setelah  tengah  malam  di  wilayah  Afrika  dan  Pasifik, sedang untuk kawasan Asia Tenggara, dan rendah di wilayah Peru, dan sebagian besar kejadian  EFIs  setelah  tengah  malam  adalah  kelanjutan  dari  EFIs  setelah  matahari terbenam. EFIs  setelah  tengah  malam  jarang  teramati  di  TEC  tetapi  sangat  sering ditemukan pada ionogram sebagai spread-F selama matahari minimum.
Hal ini masih belum dipahami dengan baik, apa yang menyebabkan terjadinya FAIs  setelah  tengah  malam  tanpa  sintilasi  GPS  selama  tahun-tahun  matahari minimum. Temuan kami mengenai perilaku musiman gelembung plasma yang berbeda pada  citra  ASI    dan  GPS  sintilasi  bisa  menjadi  sebuah  petunjuk  untuk  memecahkan masalah ini.

## 4 KESIMPULAN DAN SARAN
Kami  menemukan  aktivitas  gelembung  plasma  terlihat  berkurang  dengan menurunnya  aktivitas  matahari  selama  tahun  2003-2009.  Kami  juga  mendapatkan variasi  musiman yang berbeda  antara kejadian  gelembung  plasma  dengan  sintilasi di atas  Kototabang  selama  tahun  2003-2009. Tingkat  kejadian  tertinggi  diperoleh  pada periode  bulan  Mei-Juli  ( June  solstice ),  kemungkinan  peningkatan  pada  Mei-Juli disebabkan  kemunculan  gelembung  plasma  yang  lebih  banyak  terjadi  setelah  tengah malam  selama  aktivitas  matahari  menurun  (misalnya,  Subbarao  et  al.  1994; MacDougall et al. 1998; Chandra et al. 2003; Abdu et al. 2012).
Tingkat  kejadian  tinggi  pada  Mei-Juli  juga  tidak  berubah  setelah  menghapus kejadian  gelembung  plasma  yang  mungkin  disebabkan  oleh  badai  magnetik. Kami menemukan penurunan kecil dari kejadian gelembung plasma setelah menghapus efek badai  magnetik,  yang  konsisten  dengan  penelitian  sebelumnya  yang  menunjukkan bahwa  aktivitas  magnetik  dapat  meningkatkan  kejadian  gelembung  plasma  ekuator (misal, Basu et al. 2001; 2007; Huang et al. 2010; Kelley et al. 2008).
Hubungan spasial antara sintilasi ionosfer dan struktur gelembung plasma skala besar yang terlihat pada citra ASI dipelajari dengan memproyeksikan citra ASI dan IPP satelit GPS pada peta geografis. Kami menemukan beberapa kejadian dimana IPP dari satelit  GPS  berada  di  dalam  struktur  gelembung  plasma  skala  besar  terlihat  dalam citra  ASI  tanpa  terjadinya  sintilasi. Ini  adalah  temuan  penting  bahwa  karakteristik kejadian  gelembung  plasma  dapat  berbeda  untuk  manifestasi  yang  berbeda  dari gelembung plasma seperti sintilasi ionosfer. Temuan kami mengenai perilaku musiman gelembung plasma yang berbeda di citra ASI dan GPS sintilasi bisa menjadi petunjuk untuk memahami mekanisme FAIs dari radar VHF setelah tengah malam yang diamati oleh Otsuka et al . (2009) di atas Kototabang pada periode matahari minimum.
Dalam  studi  ini  kami  tidak  memisahkan  antara  kejadian  gelembung  plasma yang  muncul  sebelum  dan  setelah  tengah  malam,  dan  juga  tidak  melakukan normalisasi  probabilitas  gelembung  plasma.  Disarankan  untuk  penelitian  selanjutnya melakukan  normalisasi  mengingat  keterbatasan  kondisi  langit  cerah  di  atas Kototabang dan adanya data pengamatan yang tidak lengkap setiap bulannya karena masalah teknis instrumen yang terjadi secara sporadis.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  LAPAN  dan  RISTEK  dalam mendukung penelitian ini. Penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada ENRI Jepang  yang  telah  memberikan  kesempatan  untuk  mengunjungi  dan  bekerja  di laboratorium mereka.

## DAFTAR RUJUKAN
Abdu,  M.  A,  2012. Equatorial  Spread  F  Development  and  Quiet  Time  Variability  Under Solar Minimum Conditions , Indian Journal of Radio & Space Physics, Vol 41, pp 168-183.
Basu, S., F. J. Rich, 2007. Response of the Equatorial Ionosphere at Dusk to Penetration Electric Fields During Intense Magnetic Storms , Journal of Geophysical Research A, vol. 112, no. 8, Article ID A08308, 14 pages, 2007.
Basu,  S.,  K.  M.  Groves,  2001. Response  of  the  Equatorial  Ionosphere  in  the  South Atlantic  Region  to  the  Great  Magnetic  Storm  of  July  15,  2000 , Geophysical Research Letters, vol. 28, no. 18, pp. 3577–3580.
Basu,  S.,  Su.  Basu,  J.  Aarons,  J.P.  McClure,  and  M.  D.  Cousins,  1978. On  the Coexistence of Kilometer- and Meter-scale Irregularitiesin the Nighttime Equatorial F Region , J. Geophys. Res., 83, 4219-4226. Chandra,  H.,  Sharma  S,  Abdu  M  A  &  Batista  I  S,  2003. Spread-F  at  Anomaly  Crest Regions in the Indian and American Longitudes , Adv Space Res (UK), 31. 3717. Huang,  C.,  F.  J.  Rich,  and  W.  J.  Burke,  2010. Storm  Time  Electric  Fields  in  the Equatorial Ionosphere Observed Near the Dusk Meridian , Journal of Geophysical Research A, vol. 115, no. 8, Article ID A08313, 14 pages.
Huang, C., W. J. Burke, J. S. Machuzak, L. C. Gentile, and P. J. Sultan, 2001. DMSP Observations of Equatorial Plasma Bubbles in the Topside Ionosphere Near Solar Maximum , J. Geophys. Res., 106, 8131–8142. Kelley, M. C and J. Retterer, 2008. First Successful Prediction of a Convective Equatorial Ionospheric  Storm  using  Solar  Wind  Parameters , Space  Weather,  vol.  6,  no.  8, Article ID S08003, 4 pages.
Lee, C. C., F. D. Chu, W. S. Chen, J. Y. Liu, S.-Y. Su, Y. A. Liou, and S. B. Yu, 2009. Spread  F,  GPS  Phase  Fluctuations,  and  Plasma  Bubbles  Near  the  Crest  of Equatorial  Ionization  Anomaly  During  Solar  Maximum ,  J.  Geophys.  Res.,  114, A08302, doi:10.1029/2009JA014195.
Li,  G.,  Ning,  B.,  Abdu,  M.  A.,  Yue,  X.,  Liu,  L.,  Wan,  W.,  and  Hu,  L,  2011. On  the Occurrence  of  Postmidnight  Equatorial  F  Region  Irregularities  During  the  June Solstice , J. Geophys. Res., 116, A04318.
MacDougall, J. W., Abdu M A, Jayachandran P T, Cecile J–F and Batista I S, 1998. Pre Sunrise Spread F at Forteleza , J Geophys Res (USA)., 103 (A10) 23415. Maruyama,  T  and  N.  Matuura,  1984. Longitudinal  Variability  of  Annual  Changes  in Activity  of  Equatorial  Spread  F  and  Plasma  Bubbles ,  J.  Geophys.  Res.,  89,  10, 903-10,912.
Otsuka, Y., K. Shiokawa, and T. Ogawa, 2006. Equatorial Ionospheric Scintillations and Zonal Irregularity Drifts Observed with Closely-Spaced GPS Receivers in Indonesia , J. Meteorological Soc. Japan, 84A, 343 – 351.
Otsuka, Y., T. Ogawa, and Effendy, 2009. VHF Radar Observations of Nighttime F-Region Field-Aligned Irregularities Over Kototabang, Indonesia , Earth Planets Space, 61, 4311–437.
Saito, S and T. Maruyama, 2006. Ionospheric Height Variations Observed by Ionosondes Along  Magnetic  Meridian  and  Plasma  bubble  Onsets ,  Ann.  Geophys.,  24,  2991– 2996.
Saito,  S  and  T.  Maruyama,  2007. Large-scale  Longitudinal  Variation  in  Ionospheric Height and Equatorial Spread F Occurences Observed by Ionosondes , Geophysical Research Letters, Vol. 34, L16109, doi:10.1029/2007GL030618.
Saito, S., S. Fukao, M. Yamamoto, Y. Otsuka, and T. Maruyama, 2008. Decay of 3-m- Scale  Ionospheric  Irregularities  Associated  with  a  Plasma  Bubble  Observed  with the  Equatorial  Atmosphere  Radar ,  J.  Geophys.  Res.,  113,  A11318, doi:10.1029/2008JA013118.
Shiokawa, K., S. Suzuki, Y. Otsuka, T. Ogawa, T. Nakamura, M. G. Mlynczak, and J. M. Russell  III,  2006. A  Multi-instrument  Measurement  of  a  Mesospheric  Front-like Structure at the Equator , J. Meteor. Soc. Japan, Vol. 84A, pp. 305-316. Shiokawa, K., Y. Katoh, M. Satoh, M. K. Ejiri, T. Ogawa, T. Nakamura, T. Tsuda, and R. H.  Wiens,  1999. Development  of  Optical  Mesosphere  Thermosphere  Imagers (OMTI) , Earth Planets Space, 51, 887-896. Shiokawa, K., Y. Otsuka, and T. Ogawa, 2009. Propagation Characteristics of Nighttime Mesospheric  and  Thermospheric  Waves  Observed  by  Optical  Mesosphere Thermosphere  Imagers  at  Middle  and  Low  Latitudes ,  Earth  Planets  Space,  61, 479-491.
Subbarao,  K  S  V  and  Krishna  Murthy  B  V,  1994. Seasonal  Variations  of  Equatorial Spread-F , Ann Geophys (France), 12. 33.13.
Suzuki,  S.,  K.  Shiokawa,  Y.  Otsuka,  T.  Ogawa,  and  P.  J.  Wilkinson,  2004. Statistical Characteristics  of  Gravity  Waves  Observed  by  an  all-sky  Imager  at  Darwin, Australia , J. Geophys. Res., 109, D20S07, doi:10.1029/2003JD004336. Tsunoda, R.T, 1985. Control of the  Seasonal and  Longitudinal Occurrence of Equatorial Scintillations  by  the  Longitudinal  Gradient  in  the  Integrated  E  Region  Pedersen Conductivity ,  J. Geophys. Res., 90, 447-456
Woodman,  R.  F  and  C.  LaHoz,  1976. Radar  Observations  of  F  Region  Equatorial Irregularities , J. Geophys. Res . , 81, 5447–5466.