## ANALISIS PERUBAHAN IONOSFER AKIBAT LETUSAN GUNUNG BERAPI DENGAN PENGAMATAN TOTAL
ELECTRON CONTENT GNSS (STUDI KASUS : GUNUNG AGUNG BALI)
Mokhamad Nur Cahyadi 1 , Adhi Dermawan 2 , Buldan Muslim 3
1,2 Departemen Teknik Geomatika FTSLK-ITS, Kampus ITS Sukolilo, Surabaya, 60111
3 Lembaga Antariksa Dan Penerbangan Nasional (LAPAN) e- mail : adhi.dermawan@gmail.com 1 , cahyadi@geodesi.its.ac.id 2 , mbuldan@gmail.com 3

## Abstrak
Letusan Gunung Agung terjadi terakhir pada Tahun 1963 hingga tahun 1964 dengan letusan yang bersifat eksplosif. Letusan  ini  memakan  korban  jiwa  sebanyak  1.344  jiwa.  Pada  tahun  2017,Gunung  Agung  kembali  menunjukkan aktifitasnya hingga awal tahun 2018. Menurut data dari Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi,letusan yang besar terjadi pada 22 November 2017 pukul 01.00 WITA. Letusan gunung tersebut menghasilkan tekanan ke atas yang disertai  oleh  lava  yang  tersembur  melalui  mulut  gunung.  Dari  letusan  ini,  menghasilkan  beberapa  perambatan gelombang yakni Acoustic, Gravity, dan Rayleigh. Pada saat gelombang letusan mencapai ionosfer, gangguan tersebut dapat diketahui dari sinyal GPS yang melaluinya. Pada gangguan di ionosfer tersebut dapat diukur dengan menggunakan kombinasi  L4  yang  biasa  disebut  linear  ionospheric  combination  sehingga  didapat  nilai  TEC  (Total  Electron  Content) dimana 1 TECU adalah 10 16 el/m 2 . Nilai inilah yang berfungsi untuk menentukan kadar besaran gangguan akibat letusan yang terjadi pada Gunung Agung 2017.
Dalam penelitian ini, menggunakan data GNSS (Global Navigation Satellite System) CORS (Continuously Operating Reference  Station)  untuk  mengetahui  perubahan  nilai  TEC  sesaat  setelah  letusan  Gunung  Agung,  data  GNSS  (CORS diambil dari stasiun yang terletak di sekitar Gunung Agung. Hasil Penelitian ini diketahui satelit GPS nomor 3 dan 23 dapat mendeteksi perubahan TEC (Total Electron Content)  setelah terjadi letusan. Fluktuasi TEC (Total Electron Content) terbesar bernilai 1,5 TECU untuk satelit GPS.
Kata Kunci— Letusan Gunung Agung, Satelit GPS, TEC

## PENDAHULUAN Latar Belakang
Indonesia  adalah  negara  yang  memiliki jumlah  gunung  berapi  aktif  yang  sangat  banyak. Sekitar  30%  dari  gunung  aktif  dunia  berada  di Indonesia.  Gunung  berapi  adalah  gunung  yang masih aktif dalam mengeluarkan material panas di dalamnya.  Ini  tentu  menjadi  ancaman  sendiri karena  gunung  aktif  dapat  bergejolak  sewaktu- waktu (Sinensis 2017).
Gunung  Agung  merupakan  salah  satu gunung aktif di Indonesia yang berada di pulau Bali dan  mulai  menunjukkan  aktifitas  erupsi  pada tanggal 21 November 2017. Gunung Agung terletak pada Kecamatan Rendang, Kabupaten Karangasem tepatnya pada posisi 8 ○ 20’ 30” Lintang Selatan dan 115 ○ 30’ 30“ Bujur Timur. Akibat dari erupsi gunung Agung  menyebabkan  beberapa  hal  termasuk perubahan ionosfer. Saat terjadinya erupsi, magma yang  berada  dalam  perut  bumi  tidak  stabil  dan akan  terjadi  tekanan  ke  atas.  Tekanan  ini  akan
membentuk dan merambatkan  energi gelombang permukaan maupun dibawah tanah dalam bentuk getaran. Perambatan yang berada pada permukaan bumi dan merambat secara horizontal disebut dengan gelombang Rayleigh (kecepatan 4 km/s).  Gelombang  rayleigh  inilah  yang  akan mengakibatkan gempa bumi. Pada letusan Gunung Api  terdapat  dua  gelombang  yang  dominan  yang biasa disebut dengan gelombang akustik (kecepatan  1  km/s)  dan  Gravity  (kecepatan  0.3 km/s) . Pada saat gelombang ini mencapai ionosfer maka  akan  terjadi  gangguan  ionosfer  yang terdeteksi dengan sinyal GNSS yang dikirimkan ke receiver  permukan  bumi.  Gangguan  ini  direkam dengan frekuensi L4 yang terdiri dari kombinasi L1 (1575,42 MHz) dan L2 (1227,60 MHz). Dengan data dari  beberapa  satelit  yang  melintasi  di  atasnya, gangguan  ini  terlihat  setelah  11  –  16  menit terjadinya gempa dan merambat dengan kecepatan ~0,7 km/detik (Cahyadi dan Heki 2013).
GNSS  juga  menawarkan  metode  alternatif untuk  menganalisa  pergerakan  temporal  dan spasial  ionosfer.  Untuk  mengetahui  perubahan ionosfer  ini  dapat  digunakan  teknologi  GNSS karena  posisi  orbit  satelit  GNSS  yang  terletak 20.000  km  di  atas  permukaan  bumi,  sehingga lapisan  ionosfer  yang  terletak  50-1000  km  dapat terpantau  oleh  satelit  ini.  Lapisan  ionosfer sebenarnya merupakan delay sinyal dan bias yang menyebabkan adanya kesalahan dalam penentuan posisi.  Time-delay  atau  penundaan  ini  dapat digunakan  untuk  melihat  bagaimana  variasi ionosfer,  melalui  kuantitas  yang  dikenal  sebagai Total  Electron  Content  (TEC).  TEC  merupakan jumlah elektron sepanjang lintasan antara dua titik (point)  yang  dinyatakan  dalam  TECU  (TEC  Unit) dengan  1  TECU  adalah  10 16 elektron/m 2 (Muslim 2009).
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui variasi  ionosfer  yang  disebabkan  adanya  letusan Gunung Agung 2017 yang ditunjukkan dari aktivitas TEC,  sekaligus  didalamnya  dianalisa  bagaimana karakter  perubahan  ionosfer  akibat  letusan.  Titik CORS  yang  digunakan  milik  Badan  Informasi Geospasial (BIG) yang terletak di daerah Jawa, Bali, NTB yaitu CDNP, CMAT, CNYU, CPES pada tanggal 22 November 2017 (day of year 326)

## Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini sebagai berikut :
a. Untuk mengetahui pengaruh aktifitas vulkanik pada ionosfer di sekitar Gunung Agung tahun 2017.
b. Untuk  mengetahui  gangguan  pada  ionosfer akibat  erupsi  Gunung  Agung  tahun  2017 menggunakan  pengukuran  Total  Electron Content (TEC).
c. Untuk  mengetahui  karakteristik  letusan  dari Gunung Agung pada tahun 2017.

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di lokasi Gunung Agung pada koordinat 8 ○ 20’ 30” Lintang Selatan dan 115 ○ 30’  30“  Bujur  Timur    dengan  sebaran  stasiun pengamatan  antara  lain  adalah  CDNP,  CNYU, CMAT,  CPES  dengan  posisi  pada  Gambar  1. Penentuan  nilai  ionosfer  dalam  bentuk  TEC
dilakukan  dengan  metode  differential  linear combination (persamaan 1) dimana ini didapatkan dari selisih dari gelombang pembawa GPS (Global Positioning  System)  L1  dan  L2.  Nilai  TEC  ini ditetapkan nilainya pada perpotongan antara nilai line  of  sight  dari  satelit  dengan  lapisan  ionosfer yang disebut dengan Ionospheric Pierce Point (IPP) yang  diproyeksikan  ke  nilai  SIP  (Sub  Ionospheric Point).  Nilai  STEC  (Slant  TEC)  ditentukan  dengan formula di bawah ini:
δSTEC = 𝑓 1 2 .𝑓 2 2 40.28.(𝑓 2 2 − 𝑓 1 2 ) . (δL 1 − δL 2 ) .....(1)
f 1 ,  f 2 merupakan  frekwensi  pada  gelombang pembawa,  dan  L 1 ,  L 2 merupakan  adalah pseudorange pada gelombang pembawa.
Gambar 1. Lokasi Penelitian (Badan Informasi Geospasial 2017)

## Pengolahan Data
Ada dua data pokok yang digunakan dalam studi penelitian ini. Data tersebut adalah data observasi dan  data  navigasi  dalam  bentuk  rinex.  Pada  data ini,  akan  diproses  sehingga  akan  didapatkan  hasil variasi  seri  waktu  STEC  pada  rentang  waktu tertentu. Dari hasil seri waktu tersebut, selanjutnya dipilah  mana  saja  satelit  yang  mereka  terjadinya gangguan  gangguan  di  ionosfer.  Jika  ada  catatan gangguan ionosfer, maka akan ada suatu anomali yang berbeda dengan yang lainnya. Pada penelitian ini satelit yang mengalami anomali adalah satelit 3 dan satelit 23 untuk satelit GPS.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil  Pengamatan  Ionosfer  dengan  pengukuran TEC
Sinyal  yang  melalui  Dari  perjalanan tersebut,  maka  sinyal  akan  mengalami  refraksi atau  pembelokan  terutama  pada  lapisan ionosfer.  Besarnya  nilai  delay  bergantung  pada kondisi  ionosfer  pada  saat  itu,  semakin  besar gangguan  ionosfer  yang  terjadi  seperti  letusan gunung  api  maka  pembelokan  sinyal  akan  lebih besar  pula.  Besarnya  nilai  delay  sinyal  ini  bisa ditunjukkan  dengan  STEC.  Nilai  STEC  ini mempunyai  noise  yang  besar  sehingga  perlu dilakukan  adanya  filtering.  Nilai  Slant  Total Electron  Content  ini  dikurangkan  dengan polinomial  pangkat  6  sebagai  pendekatan  dari nilai VTEC (Vertical TEC).
Gambar  2.  gangguan  ionosfer  yang  terekam  pada satelit  nomor  3    yang  tercatat  dari  beberapa  stasiun CORS-GPS
Gambar  3.  Nilai  Slant  Total  Electron  Content  pada satelit nomor 23 yang direkam stasiun CDNP
Gambar  4.  Nilai  Slant  Total  Electron  Content  pada satelit nomor 23 yang direkam stasiun CPES
Pada  Gambar  2,  3  dan  4  merupakan gangguan  ionosfer  yang  terjadi  setelah  letusan Gunung  Agung,  dimana  memperlihatkan  terjadi gangguan  ionosfer  12-15  menit  setelah  letusan dengan  amplitudo  gangguan  ionosfer  sebesar  1.1 TECU. Demikian pula dari gambar 5
memperlihatkan  adanya  SIP  yang  pada  saat letusan, lintasan ini berada di sebelah selatan pusat erupsi, sehingga sinyal propagasi bergerak ke arah barat daya.
Gambar  5.  Lintasan  IPP  satelit  nomor  3  dan  23  Pukul 16.00 – 19.00 UT.Titik hitam adalah titik saat terjadinya fluktuasi puncak TEC

## KESIMPULAN
Berdasarkan pengolahan dan analisis data yang telah  dilakukan,  berikut  adalah  kesimpulan  yang penulis dapatkan dalam penelitian  ini:,
1. Pada  saat  terjadi  letusan  besar,maka  banyak sekali  gangguan  yang  diamati  dari  stasiun pengamatan. Gangguan pada ionosfer terjadi pada rentang waktu yang berbeda- beda.Berikut waktu yang diamati saat setelah terjadi letusan :
A. Satelit Nomor 3 GPS.  CDNP : 7 Menit
 CNYU : 17 Menit  CPES : 19 Menit  CMAT : 20 Menit
B. Satelit Nomor 23 GPS.
 CDNP : 32 Menit
 CNYU : 49 Menit  CPES : 50 Menit  CMAT : 17 Menit
2. Melalui  pengamatan  stasiun  CORS  disekitar area  Gunung  Agung,didapatkan  nilai  TEC sebagai berikut :
A. Satelit Nomor 3 GPS.
 CDNP : 1,2 TECU
 CNYU : 1,5 TECU
 CPES : 1,4 TECU
 CMAT : 0,3 TECU
B. Satelit Nomor 23 GPS.
 CDNP : 1,2 TECU
 CNYU : 1,4 TECU
 CPES : 1,3 TECU
 CMAT : 0,5 TECU

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  menyampaikan  terima  kasih kepada  instansi  Badan  Informasi  Geospasial (BIG),Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional  (LAPAN),dan  Pusat  Vulkanologi  dan Mitigasi  Bencana  Geologi  (PVMBG)  karena  telah memberikan  dukungannya  dalam  bentuk  data sehingga menjadikan penelitian ini selesai sampai akhir.

## DAFTAR PUSTAKA
Atmaja, Krisna Alfian Tri. 2016. Analisis perubahan total electron content pada ionosfer akibat letusan gunung  berapi.  Surabaya:  Penelitian  Jurusan Teknik Geomatika-Institut Teknologi Sepuluh
Nopember.
Cahyadi,  M.  N.,  &  Heki,  K.  2013.  Ionospheric disturbances  of  the  2007  Bengkulu  and  the 2005  Nias  earthquakes,  Sumatra,  observed with  a  regional  GPS  network.  JOURNAL  OF GEOPHYSICAL RESEARCH, 118.
Denaro, Lino Garda. 2015. Analisis perubahan ionosfer dan  posisi  stasiun  GPS-CORS  pada  saat letusan besar gunung berapi 2010. Surabaya: Penelitian Jurusan Teknik Geomatika-Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Muslim,  Buldan.  2009.  Pemodelan  TEC  ionosfer  diatas Sumatera  dan  Sekitarnya  mendekati  Real Time dari Data GPS NTUS. Pusat Pemanfaatan Sains Antariksa, LAPAN, Bandung.
Sinensis, Arini Rosa. 2017. Tekanan Pada Erupsi Gunung Berapi.  Sumatera  Selatan  :  SEKOLAH  TINGGI KEGURUAN  DAN  ILMU  PENDIDIKAN  (STKIP) NURUL HUDA