## KARAKTERISTIK INDEKS IONOSFER (INDEKS_T) JAM-AN DAN BULANAN SUMEDANG DAN BIAK

## [SUMEDANG AND BIAK HOURLY AND MONTHLY IONOSPHERIC INDEX (T INDEX) CHARACTERISTICS]
Sri Suhartini 1 , Irvan Fajar Syidik, Slamet Syamsudin Peneliti Pusat Sains Antariksa, Lapan
1 e-mail: srilpnbdg@yahoo.com
Diterima 15 Februari 2014; Disetujui 17 April 2014

## ABSTRACT
One input to the ASAPS (Advance Stand Alone Prediction System) software used to  prepare  HF  radio  communications  frequency  prediction  by  Lapan  is  ionospheric indices  (T_indices),  which  is  an  index  that    explain  the    effect  of  solar  activity  on  the ionosphere. Under certain conditions the HF radio communications users require short- term  frequency  prediction,  and  the  information  for  hourly  T_indices  is  needed.  This paper  discusses  the  application  of  the  Turner  method  for  the  determination  of  local hourly Ionospheric index (T_ index)  by using the foF2 data from Sumedang Aerospace Observatory (6.54 ⁰ S , 107.55 ⁰ E) and Biak (1.38 ⁰ S , 135 , 98 ⁰ E), and the sunspot number  (  R12  ).  The  results  show  that  the    hourly  T_index  for  Sumedang  and  Biak follow the long-term variations in solar activity , but does not appear to seasonal and daily  variations.  The  analysis  shows  that  hourly  T_index  should  be  calculated separately for each location. Local monthly T_index for Sumedang and Biak follow the characteristics  of  the  global  T_index  and  long-term  solar  activity  and  its  value  is generally  higher  than  the  global  T_index.  For  a  monthly  T_index  of  Indonesian  region can  be  used  one  regional  T_index  value,  which  is  the  average  of  the  local  monthly T_index.
Keywords: Ionospheric index, Turner method, Hourly T index, Monthly T index

## ABSTRAK
Salah  satu  masukan  untuk  perangkat  lunak Advance  Stand  Alone  Prediction System (ASAPS)  yang  digunakan  untuk  menyiapkan  layanan  prediksi  frekuensi komunikasi radio HF oleh Lapan adalah indeks ionosfer (indeks_T), yaitu indeks yang menyatakan  ukuran  efek  aktivitas  matahari  pada  ionosfer.  Dalam  kondisi  tertentu pengguna  komunikasi  radio  HF  memerlukan  prediksi  frekuensi  jangka  pendek,  dan untuk  itu  diperlukan  informasi  indeks_T  jam-an.  Makalah  ini  membahas  penerapan metode Turner untuk penentuan indeks Ionosfer (Indeks_T) lokal jam-an menggunakan data foF2 dari Loka Pengamat Dirgantara Sumedang (6,54 ⁰ LS, 107,55 ⁰ BT) tahun 1998 – 2012 dan Biak (1,38 ⁰ LS, 135,98 ⁰ BT) tahun 2005 – 2012 dan bilangan sunspot (R12). Hasil  perhitungan  menunjukkan  bahwa  Indeks_T  jam-an  Sumedang  dan  Biak mengikuti  variasi  aktivitas  matahari  jangka  panjang,  namun  tidak  nampak  variasi musiman  maupun  hariannya.  Analisis  menunjukkan  bahwa  indeks_T  jam-an  harus dihitung  secara  terpisah  untuk  masing-masing  lokasi.  Indeks_T  bulanan  lokal  di Sumedang  dan  Biak  mengikuti  karakteristik  indeks_T  global  dan  aktivitas  matahari jangka panjang dan secara umum nilainya lebih tinggi dibandingkan dengan indeks_T global.  Untuk  indeks_T  regional  bulanan  Indonesia  dapat  digunakan  satu  nilai indeks_T regional, yaitu rata-rata indeks_T lokal bulanan.
Kata kunci: Indeks ionosfer, Metode Turner, Indeks_T jam-an, Indeks_T bulanan

## 1  PENDAHULUAN
Lapisan F2 ionosfer sangat dipengaruhi oleh radiasi pengionisasi dari matahari, komposisi termosfer netral yang sangat bervariasi, dan dinamika di ketinggian lapisan tersebut.  Sehingga  antara  foF2  dengan  indeks  aktivitas  matahari  tidak  berkorelasi secara  langsung.  Salah  satu  efek  yang  terkenal  adalah  histeresis  pada  variasi  foF2 dalam siklus matahari  yang dapat mengakibatkan perbedaan rata-rata tahunan foF2 sebesar  1  MHz  untuk  bilangan sunspot (R12)  yang  sama  (Rao  dan  Rao,  1969;  Smith dan  King,  1981).  Untuk  bulan  tertentu  perbedaan  ini  bahkan  lebih  tinggi,  sampai 1,5  MHz    (Mikhailov,  1993).  Masalah  lain  dengan  penggunaan  R12  adalah  "efek saturasi  "  pada  tingkat  aktivitas  matahari  tinggi.  Menurut  rekomendasi Comite Consultatif  International pour la  Radio (CCIR) (CCIR,  1967-1990) yang  juga digunakan dalam International Reference Ionosfer (IRI), harus digunakan persamaan linier antara R12 dan median bulanan foF2 untuk R12 < 150 dan foF2 diberi nilai tetap untuk R12 > 150 sepanjang siklus matahari (Bilitza, 1990).
Untuk  mendapatkan  prediktor  yang  dapat  menghasilkan  prediksi  yang  lebih akurat,  dibuat  indeks  yang  menggantikan  bilangan sunspot untuk  menyatakan hubungan  antara  kondisi  ionosfer  dengan  aktivitas  matahari.  (http://www.  ips. gov.au/HF_Systems/1/6).  Indeks_T  tersebut  adalah  indeks  ionosfer.  Data  ionosfer digunakan  untuk  mengkalibrasi  data  matahari  sehingga  memberikan  gambaran perubahan  yang  teramati  di  ionosfer  yang  diakibatkan  oleh  faktor-faktor  di  luar bilangan sunspot ,  seperti  badai  magnetik  misalnya  yang  dapat  merubah  kemampuan ionosfer  memantulkan  sinyal  (Perrone,  1998).  Pada  tahun  1968  Jack  Turner mengembangkan  indeks_T,  diturunkan  dengan  mengasumsikan  hubungan  linier antara  parameter  matahari  (R12)  dengan  karakteristik  ionosfer  (foF2)  (Turner,  1968). Metode  untuk  prediksi  bulanan  indeks_T  untuk  siklus  matahari  ke  22  dibuat  oleh Caruana  (1989),  dengan  menghitung smoothed  mean  11-year siklus  indeks_T  dari indeks_T hasil pengamatan.
Dalam  membuat  prediksi  frekuensi,  Lapan  menggunakan  perangkat  lunak ASAPS yang dibuat oleh IPS Radio  and Space Services Australia . Salah satu masukan utama  untuk  ASAPS  adalah  indeks_T  (SAGS,  November  1995).  IPS  secara  rutin mengeluarkan prediksi indeks_T global yang dapat diunduh melalui jaringan internet. Selain  indeks_T  global,  dalam  layanan  informasinya,  IPS  memberikan  juga  peta indeks_T,  yang  menunjukkan  selisih  antara  indeks_T  bulanan  dengan  indeks_T real- time di  wilayah  Australia  dan  nilai  indeks_T real-time untuk  wilayah  Australia. Indeks_T real-time digunakan ketika akan dibuat prediksi jangka pendek menggunakan ASAPS (http://www.ips.gov.au/ HF_Systems).
Untuk  wilayah  Indonesia,  Jiyo  (2005)  telah  menghitung  koreksi  indeks_T regional  terhadap  indeks_T  global  yang  diturunkan  dari  hubungan  linier  antara indeks_T  global  dengan  foF2  hasil  pengamatan  di  Loka  Pengamatan  Dirgantara  (LPD) Sumedang  dan  LPD  Biak.  Hasilnya  adalah  bahwa  indeks_T  regional  Indonesia mempunyai  nilai  lebih  tinggi  8  dibandingkan  indeks_T  global.  Penentuan  indeks_T bulanan regional Indonesia telah dilakukan pada tahun 2011, menggunakan data rata- rata  median  bulanan  foF2  dari  Loka  Pengamatan  Dirgantara  Sumedang  dan  stasiun Vanimo (Suhartini, 2012). Hasilnya adalah koefisien persamaan linier hubungan antara indeks_T  dengan  foF2  untuk  Sumedang  dan  Vanimo  bulan  Januari-Desember. Pengujian terhadap hasilnya telah dilakukan, baik uji kompatibilitas terhadap rata-rata tahunan  bilangan sunspot (R12)  (Suhartini,  2012),  dan  uji  sebaran  maupun  uji menggunakan data ALE pada tahun 2012 (Dear dan Syamsudin, 2012; Dear 2012).
Dalam kondisi tertentu, misalnya dalam keadaan darurat,  diperlukan  prediksi frekuensi  jangka  pendek  untuk  penggunaan  komunikasi  radio  HF,  dan  untuk  itu diperlukan  informasi  indeks_  T real-time .  Makalah  ini  membahas  penurunan  metode
penentuan  indeks_  T  jam-an  dan  analisis  hasil  perhitungan  indeks  tersebut menggunakan  metode  yang  diperoleh.  Hasil  perhitungan  indeks_T  jam-an  ini  untuk selanjutnya  akan  digunakan  sebagai  dasar  penentuan  indeks_T real-time .  Prediksi frekuensi  jangka  panjang  yang  masa  berlakunya  selama  satu  bulan  dibuat menggunakan  indeks  T  bulanan.  Prediksi  ini  dapat  digunakan  untuk  manajemen frekuensi, yaitu untuk  penjadwalan  waktu  berkomunikasi bagi  pengguna yang hanya memiliki satu ijin frekuensi,  atau penjadwalan penggunaan frekuensi untuk pengguna yang memiliki ijin untuk menggunakan beberapa frekuensi kerja.

## 2  DATA DAN METODE
Data yang digunakan adalah median bulanan foF2 jam-an dari LPD Sumedang tahun 1998 – 2012 dan LPD Biak tahun 2005 – 2012. Untuk data Biak ditambahkan data dari Vanimo tahun 1975 – 2004.  Bilangan sunspot yang digunakan adalah rata- rata berjalan 12 bulan (R12) untuk bulan-bulan yang sesuai dengan data foF2. Persamaan linier untuk penghitungan indeks_T menggunakan metode Turner:
T i = a i f i + b i (2-1)
Dimana
T i : Rata-rata berjalan 12 bulan bilangan sunspot (R12) f i : median bulanan foF2 per jam. a i dan b i : konstanta persamaan linier dari masing-masing persamaan.
Persamaan linier ini ditentukan untuk setiap jam, setiap bulan, untuk masing- masing lokasi pengamatan.
Untuk  mendapatkan  persamaan  linier  perhitungan  indeks_T  langkah-langkah yang dilakukan adalah:
 Bilangan sunspot yang  nilainya  <  100  diberi  bobot  4.  Kemudian  ditentukan konstanta-konstanta pada persamaan 2-1 dan dihitung “bilangan sunspot terkoreksi” (Ti) dari persamaan tersebut.
 Proses  ini  kemudian  diulang  dengan  memberikan  bobot  2  pada  “bilangan sunspot terkoreksi”  yang  nilainya  <  100  dan  akan  diperoleh  kumpulan  indeks  ionosfer  baru yang kedua.
 Langkah ketiga dan keempat dilakukan dengan mengulang proses sebanyak dua kali tetapi  tanpa  pembobotan  terhadap  data.  Persamaan  yang  diperoleh  terakhir  adalah persamaan untuk penentuan indeks_T.
Contoh  proses  tersebut  untuk  Sumedang  bulan  Januari  jam  00:00  secara  berurutan diberikan dalam Gambar 2-1 s.d. 2-4.
Gambar 2-1: Persamaan linier hasil proses langkah pertama dengan konstanta a1 = 19,742, dan b1 = - 12,604
Gambar 2-2: Persamaan linier hasil proses langkah kedua dengan konstanta a2 = 24,893, dan b2 = - 84,416
Gambar 2-3: Persamaan linier hasil proses langkah ketiga dengan Konstanta a3 = 25,895, dan b3 =
-112,28
Gambar 2-4: Persamaan linier hasil proses langkah keempat dengan konstanta a4 = 25,895, dan b4 = -112,28
Dengan  demikian  persamaan  linier  untuk  menghitung  indeks_T  Sumedang bulan Januari jam 00:00 adalah:
(2-2)
Perhitungan telah dilakukan untuk Sumedang dan Biak. Hasilnya berupa konstanta a dan b untuk perhitungan indeks_T per jam di kedua lokasi untuk jam 00:00 – 23:00, bulan Januari – Desember.

## 3 HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Indeks_T jam-an Sumedang dan Biak
Indeks_T  jam-an  untuk  Sumedang  (tahun  1998-2012)  dan  Biak  (tahun  1975- 2011),  telah  dihitung  menggunakan  persamaan  2-1,  dengan  median  bulanan  jam-an foF2 dan koefisien a dan b dari masing-masing lokasi,  jam dan bulan. Indeks_T jam-an
Sumedang dan Biak untuk tahun 2005 - 2011 ditunjukkan dalam Gambar 3-1. Dapat dilihat  bahwa  nilai  indeks_T  jam-an  mengikuti  variasi  aktivitas  matahari  jangka panjang (R12).
Gambar 3-1: Indeks_T jam-an Sumedang, Biak dan bilangan sunspot (R12) tahun 2005 - 2011
Untuk  melihat  variasi  musiman  indeks_T  jam-an  di  2  lokasi,  dihitung  rata-rata indeks_T setiap jam setiap bulan  untuk masing-masing lokasi dari tahun 2005-2011. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 3-2.
(a)
(b)
Gambar 3-2: Rata-rata indeks_T jam-an tahun 2005-2011, (a) Sumedang dan (b) Biak
Dari  Gambar  3-2  dapat  dilihat    bahwa  tidak  nampak  adanya  variasi  musiman pada  indeks_T  jam-an.  Sebaran  nilai  indeks_T  untuk  Biak  lebih  besar  dibandingkan Sumedang, dengan nilai untuk Biak lebih besar pada bulan Januari sampai Juli. Pada bulan  Agustus-Desember  nampak  pola  berlawanan  pada  nilai  indeks_T  jam-an Sumedang  dan  Biak,  dimana  indeks_T  Sumedang  cenderung  naik,  sedangkan  untuk Biak cenderung turun.
Variasi harian indeks_T jam-an ternyata juga tidak memiliki pola tertentu antara satu  lokasi  dengan  lainnya,  demikian  juga  antara bulan  satu dengan  lainnya.  Hal  ini mengindikasikan  bahwa  perilaku  indeks_T  jam-an  antar  lokasi  tidak  bisa  dirata- ratakan. Contoh variasi harian  indeks_T jam-an untuk 2 lokasi untuk 6 bulan tahun 2009 diberikan dalam Gambar 3-3. Rata-rata indeks_T jam-an di dua lokasi dan selisih T  jam-an  Sumedang  dengan  rata-rata  tersebut  tahun  2005  –  2011  diplot  dalam Gambar  3-4.  Dalam  perhitungan  prediksi  frekuensi  menggunakan  perangkat  lunak ASAPS,  prediksi  harus  dihitung  ulang  apabila  indeks_T  berubah  sebesar  25.  Berarti MUF dianggap berubah cukup besar apabila indeks_T berubah sebesar 25. Dari 1587 data  yang  diplot,  98%  diantaranya  mempunyai  nilai  antara  -20  sampai  20.  Indeks_T jam-an  digunakan  untuk  prediksi  indeks_T  jangka  pendek,  untuk  keperluan  prediksi frekuensi  jangka  pendek.  Karena  variasi  harian  indeks_T  jam-an  tidak  memiliki kesamaan  pola  antara masing-masing  lokasi maupun dari  bulan ke  bulan,  walaupun selisih  antara  indeks_T  masing-masing  lokasi  dengan  rata-ratanya    masih  berada dalam  rentang  toleransi  perubahan  indeks_T,  indeks_T  jam-an  harus  dihitung  secara terpisah untuk masing-masing lokasi.
Gambar 3-3: Variasi harian indeks_T jam-an Sumedang (biru), dan Biak (hijau) tahun 2009
Gambar 3-4: Rata-rata indeks_T jam-an Sumedang dan Biak dan selisih antara T Sumedang dengan rata-ratanya

## 3.2 Indeks_T bulanan Sumedang dan Biak
Indeks_T  bulanan  masing-masing  lokasi  adalah  rata-rata  indeks_T  jam-an  untuk masing-masing  bulan  dan  lokasi.  Indeks_T  bulanan,  T  global,  T  (lokasi  –  global)  dan R12 untuk masing-masing lokasi ditunjukkan dalam Gambar 3-5 dan Gambar 3-6.
Gambar 3-5: Indeks_T bulanan Sumedang, T global, (T Sumedang – Tglobal), dan R12

## Gambar 3-6: Indeks_T bulanan Biak, T global, (T Biak - T global), dan R12
Gambar 3-5 dan 3-6 menunjukkan bahwa indeks_T bulanan untuk Sumedang dan  Biak,  mengikuti  variasi  aktivitas  matahari  (R12)  dan  indeks_T  global.  Selisih indeks_T lokal dengan indeks_T global berada pada rentang ± 25, dengan nilai  untuk Sumedang  sebanyak  65%  >0  dan  untuk  Biak  75%>0.  Hal  ini  berarti  bahwa  secara umum indeks_T bulanan lokal Indonesia lebih tinggi dibandingkan indeks_T global. Ini sesuai  dengan  hasil  yang  diperoleh  Jiyo  (2005),  bahwa  indeks_T  regional  Indonesia mempunyai nilai lebih tinggi 8 dibandingkan indeks_T global.
Perbandingan  nilai  indeks_T  bulanan  Sumedang  dan  Biak  dilakukan  untuk tahun  dimana  indeks_T  ada  untuk  kedua  lokasi  (2005  –  2011),  Indeks_T  masing- masing lokasi dan selisihnya  diplot dalam Gambar 3-7. Dari sebanyak 69 data,  59% nya  memiliki  selisih  indeks_T  antar  lokasi  (Sumedang  –  Biak)  dengan  nilai  <  0.  Ini menunjukkan bahwa secara umum indeks_T Sumedang < indeks_T Biak.
Rata-rata  indeks_T  bulanan  Sumedang  dan  Biak  setiap  tahun  dan  selisih indeks_T  Sumedang  dengan  rata-rata  ditunjukkan  dalam  Gambar  3-8.  Dari  69  data yang diplot dalam Gambar 3-8, sebanyak 96% data  selisih antara T Sumedang dengan rata-rata berada pada rentang  -10 sampai 10. Ini berarti bahwa kalau untuk wilayah Indonesia  yang  diwakili  oleh  Sumedang,  dan  Biak  digunakan  nilai  rata-rata  indeks_T bulanan,  maka  perbedaan  MUF  untuk  masing-masing  lokasi  dibandingkan  dengan rata-ratanya  masih  berada  dalam  batas  toleransi  perbedaan  nilai  indeks_T  (±  25). Dengan  demikian  untuk  indeks_T  regional  bulanan  Indonesia  dapat  digunakan  satu nilai indeks_T regional, yaitu rata-rata indeks_T lokal bulanan di wilayah Indonesia.
Gambar 3-7: Indeks_T Sumedang, Biak dan selisihnya tahun 2005 – 2011
Gambar 3-8: Rata-rata indeks_T bulanan Sumedang dan Biak dan selisih indeks_T Sumedang dengan rata-ratanya

## 4 KESIMPULAN
Indeks_T  jam-an  Sumedang  dan  Biak  mengikuti  variasi  aktivitas  matahari jangka  panjang,  namun  tidak  nampak  variasi  musiman  maupun  hariannya.  Variasi harian  indeks_T  jam-an  juga  tidak  memiliki  pola  tertentu  antara  satu  lokasi  dengan lainnya,  demikian  juga  antara  bulan  satu  dengan  lainnya.  Hal  ini  mengindikasikan bahwa  indeks_T  harian  antar  lokasi  mempunyai  karakteristik  fisis  berbeda,  sehingga tidak  bisa  dirata-ratakan.  Walaupun  selisih  antara  indeks_T  masing-masing  lokasi dengan  rata-rata  semua  lokasi  masih  berada  dalam  rentang  toleransi  perubahan indeks_T,  indeks_T  jam-an  harus  dihitung  secara  terpisah  untuk  masing-masing lokasi.
Indeks_T  bulanan  lokal  di  Sumedang  dan  Biak  secara  umum  lebih  tinggi dibandingkan  dengan  indeks_T  global.  Karakteristiknya  juga  mengikuti  karakteristik indeks_T  global  dan  aktivitas  matahari  jangka  panjang.  Hasil  analisis  menunjukkan bahwa  selisih  indeks_T  bulanan  Sumedang  dan  Biak  dengan  rata-rata  indeks_T  dari kedua  lokasi  masih  berada  dalam  batas  toleransi  perbedaan  nilai  indeks_T,  sehingga untuk  indeks_T  bulanan  regional  Indonesia  dapat  digunakan  satu  nilai  indeks_T regional, yaitu rata-rata indeks_T lokal bulanan di wilayah Indonesia.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada tim scaling ionogram dan verifikator hasil scaling yang telah menyiapkan data untuk kegiatan ini.

## DAFTAR RUJUKAN
Bilitza, D. (Ed.), 1990. International Reference Ionosphere 1990, NSSDC 90-22, National Space Science Data Center, Greenbelt, Md.
Bradley,  P.  A.,  1993. Indices  of  Ionospheric  Response  to  Solar-Cycle  Epoch ,  Advance Space Research, 13 (3), 25.
Bremera  J., Lj.R. Canderb,  J. Mielicha,  R. Stamperb,  2006. Derivation  and  Test  of Ionospheric  Activity  Indices  from  Real-Time  Ionosonde  Observations  in  the European Region , Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Volume 68, Issue 18, December 2006, Pages 2075-2090.
Caruana, John, 1989. The IPS Monthly T index , IPS Radio and Space Services, 1989.
Dear  V.,  2012. Hasil  Awal  Uji  Verifikasi  Indeks_T  Regional  Menggunakan  Jaringan Stasion Automatic Link Establishment (ALE) , Berita Dirgantara vol. 13 No.3 ISSN 1411-8920.
Dear  V.,  Syamsudin, S., 2012. Uji Sebaran Perhitungan  Indeks_T Regional Indonesia , Majalah Sains Teknologi Dirgantara, Lapan.
Jiyo, 2005. Penentuan Indeks_T Harian Lapisan Ionosfer Indonesia , Majalah Lapan vol. 7 No. 1 dan 2.
Mielich, J. And J. Bremer, 2010. A Modified Index for the Description of the Ionospheric Short- and Long-Term Activity, Annales Geophysicae, 28, 2227–2236. Mikhailov,  A.  V.,  1993. On  the  Dependence  of  Monthly  Median  f o F2  on  Solar  Activity Indices , Advance Space Research, 13 (3), 71. Minnis,  C.M., 1955. A New Index of Solar Activity Based on Ionospheric , Measurements , Journal of Atmospheric Terrestrial Physics, 7 (1955), pp. 310–321.
Perrone  L.,  dan  De  Franceschi  G.,  1998. Solar,  Ionospheric  and  Geomagnetic  Indices , Annali di geofisica vol 41 N 5-6.
Rao, M. S. V. G., and R. S. Rao, 1969. The Hysteresis Variation in F2 -Layer Parameters , Journal of Atmospheric Terrestrial Physics , 31 , 1119. Smith,  P.  A.,  and  J.  W.  King,  1981. Long-term  Relationship  Between  Sunspots,  Solar Faculae  and  the  Ionosphere ,  Journal  of  Atmospheric  Terrestrial  Physics ,  43 , 1057.
Solar  and  Geophysical  Summary edisi  November  1995,  IPS  radio  and  space  services- Australia.
Suhartini,  S.,  Septi  Perwitasari,  Dadang  Nurmali,  2012. Penentuan  Indeks  Ionosfer Regional, Majalah Sains dan Teknologi Dirgantara, Vol. 7 No.1 ISSN 1907-0713. Suhartini,  S.,  2012. Analisis  Kompatibilitas  indeks  ionosfer  regional, Jurnal  Sains Dirgantara, vol. 9 No.2  ISSN 1412-808X. Turner, Jack. 1968. The  Development of the Ionospheric Index – T , IPS series R Report, IPS-R11, Australian Government Department of Administrative Service. http://www.ips.gov.au/HF_system.