GEJOLAK AKTIVITAS MATAHARI BERPENGARUH PADA IKLIM


T. Djamaluddin

Peneliti Matahari dan Antariksa, LAPAN Bandung

(Dimuat di Pikiran Rakyat,  23 Agustus 2001)

Ralatif seringnya hujan pada bulan Agustus tahun ini di beberapa daerah di Jawa Barat menimbulkan pertanyaan apakah iklim sudah berubah. Bagi peneliti matahari dan antariksa pertanyaan yang timbul adalah apakah aktivitas matahari juga mempengaruhinya. Saat ini matahari dalam kondisi aktif, dengan aktivitas magnetik, lontaran partikel, dan pancaran radiasi yang meningkat. Aktivitas matahari berulang sekitar sebelas tahunan.

Hal pertama yang dilihat adalah data curah hujan jangka panjang. Untuk Bandung, data curah hujan bulanan tahun 1953-1975 memang menunjukkan adanya kecenderungan curah hujan tinggi pada bulan Agustus justru terjadi saat aktivitas matahari maksimum. Misalnya, curah hujan Agustus tertinggi pada rentang waktu itu ternyata terjadi sekitar saat matahari maksimum: 1956 (curah hujan 220 mm), 1958 (231 mm), dan 1968 (197 mm). Matahari maksimum terjadi pada 1957 dan 1968.

Tetapi analisis awal itu belum bersifat konklusif. Sebab, bila dibandingkan dengan data Jakarta yang lebih panjang, tahun 1864-1985, kecenderungan adanya peningkatan curah hujan bulan Agustus sekitar aktivitas maksimum memang tampak pada rentang waktu 1900–1944, tetapi ternyata tidak tampak pada tahun-tahun sebelum dan sesudahnya. Hal ini juga bisa berarti bahwa keterkaitan dengan aktivitas matahari itu tidak bersifat permanen, kadang muncul dalam rentang waktu tertentu, kadang hilang.

Walaupun masih belum dapat disimpulkan secara utuh keterkaitan aktivitas matahari dengan curah hujan serta parameter iklim lainnya, tetapi banyak bukti empirik yang menunjukkan bahwa gejolak aktivitas matahari memang mempengaruhi variasi iklim di bumi.

Variabilitas Iklim

Matahari adalah sumber energi utama bagi bumi. Pemanasan matahari pada siang hari dan pendinginan pada malam hari dalam skala harian, atau musim panas dan musim dingin dalam skala tahunan, berperan besar pada gerakan massa udara dalam bentuk angin, baik dalam skala lokal maupun global. Demikian juga penguapan air di permukaan bumi oleh matahari sehingga menjadi awan dan dari awan itu turun hujan kemudian airnya mengalir ke tempat yang rendah, tampak jelas peranan matahari dalam siklus hidrologi yang merupakan gerakan massa air. Faktor cahaya matahari dalam proses fotosintesis pada tumbuhan menunjukkan perannya dalam aktivitas biologi yang menunjang kehidupan makhluk hidup di bumi, baik dalam bentuk bahan makanan maupun dalam siklus karbon dioksida dan oksigen.

Iklim sebagai suatu keadaan cuaca rata-rata jangka panjang ternyata bervariasi atau bahkan berubah. Faktor-faktor yang mempengaruhi perubahan itu bisa berasal dari aktivitas manusia (antropogenik) atau dari antariksa (kosmogenik). Faktor antropogenik  bersumber dari peningkatan emisi gas rumah kaca (gas yang berefek pemanasan seperti di dalam rumah kaca), terutama karbon dioksida yang berasal dari industri dan transportasi. Peningkatan karbon dioksida secara global dikaitkan dengan munculnya gejala pemanasan global.

Menurut salah satu model sistem iklim global, peningkatan karbon dioksida  dua kali lipat bisa meningkatkan suhu rata-rata global sekitar 1,5 – 4,5 derajat. Sementara itu bukti pengamatan karbon dioksida atmosfer yang diukur di berbagai tempat di dunia menunjukkan peningkatan dan suhu udara permukaan global pun secara umum menunjukkan kecenderungan meningkat.

Di sisi lain, faktor antropogenik ternyata tidak selalu bisa menjelaskan gejala perubahan iklim. Ternyata pada saat aktivitas antropogenik terus meningkat, terjadi juga penurunan suhu udara permukaan, khususnya sekitar 1940–1970. Data-data suhu permukaan global menunjukkan adanya penurunan walaupun karbon dioksida dan gas rumah kaca lainnya terus meningkat. Hal ini bisa menjadi petunjuk adanya faktor lain yang mempengaruhi perubahan iklim, yaitu faktor kosmogenik terutama faktor aktivitas matahari. Faktor mana yang dominan di antara faktor antropogenik dan kosmogenik, masih menjadi perdebatan para peneliti.

Salah satu penelitian menggunakan model iklim yang memperhitungkan pertukaran panas antara darat dan laut, antara atmosfer dan lautan, antara belahan bumi Utara dan Selatan, serta parameterisasi percampuran di lautan. Hasilnya menunjukkan bahwa pengaruh gas rumah kaca lebih mendominasi daripada pengaruh variabilitas matahari. Sebaliknya penelitian lainnya menunjukkan bahwa kontribusi faktor aktivitas matahari lebih dominan daripada faktor gas rumah kaca terhadap perubahan suhu global (udara dan daratan). Model iklim yang digunakan dalam penelitian kedua adalah model pencampuran lautan dan koservasi energi musiman, mirip dengan penelitian pertama tersebut. Faktor gas rumah kaca hanya menunjukkan perubahan suhu global yang monoton naik, sedangkan faktor aktivitas matahari menunjukkan perubahan bervariasi mendekati perubahan suhu global.

Aktivitas Matahari

Sebagai induk tata surya, massa matahari merupakan 99,85 % dari massa total tata surya. Dengan komposisinya yang didominasi hidrogen, reaksi nuklir fusi hidrogen menjadi unsur-unsur yang lebih berat di inti matahari adalah sumber energi utamanya. Ternyata matahari bukanlah bintang yang statis. Ada gejolak-gejolak di permukaan matahari yang kadang menguat dan kadang melemah yang dikenal sebagai aktivitas matahari. Kombinasi aktivitas radiasi dan aktivitas magnetiknya diduga berperan besar pada siklus aktivitas matahari. Mekanisme terjadinya siklus aktivitas matahari itu sampai kini terus diteliti. Belum ada teori yang mampu menjelaskan secara lengkap tentang hal tersebut.

Bukti-bukti empirik menunjukkan bahwa aktivitas matahari mempunyai siklus tertentu. Siklus yang paling tampak adalah siklus sekitar 11 tahun. Siklus lainnya meliputi periode 0,64; 1,14; 2,74; 5,49; 11,0; 22,0; 47,0; 88,0; dan 179,0 tahun. Siklus itu tampak pada beberapa parameter aktivitas matahari, seperti bilangan sunspot (bintik matahari), flare (ledakan di matahari), fluks radio matahari 10,7 cm, polaritas sunspot, kemunculan daerah aktif, dan neutrino. Dari analisis periodisitas diketahui bahwa periode aktivitas matahari itu sebenarnya bervariasi. Misalnya, bilangan sunspot bervariasi antara 9 – 13 tahun, tidak tetap 11 tahun.

Akibat siklus aktivitas matahari, pancaran radiasi matahari yang mencapai bumi juga bervariasi. Variasinya antara aktivitas minimum dan maksimum sekitar 0,1% – 0,5%. Analisis lebih rinci menunjukkan bahwa variasi terbesar terjadi pada gelombang pendek (sinar X dan UV) yang bervariasi antara 2 – 100 kali dan pada gelombang panjang (inframerah dan radio). Sedangkan pada cahaya tampak sedikit sekali perubahannya.

Suhu Udara

Respons suhu udara permukaan global terhadap variabilitas aktivitas matahari 11 tahunan telah diteliti dengan memanfaatkan data suhu udara permukaan jangka panjang (1894 – 1993). Kemudian hasilnya dimasukkan dalam model iklim keseimbangan energi. Hasilnya menunjukkan bahwa perubahan suhu udara global dipengaruhi oleh aktivitas matahari. Pengaruh terbesar terjadi di daratan dekat ekuator, terutama di wilayah Arab dan Afrika Utara yang merespons perubahan radiasi matahari 1 W/m2 dengan perubahan suhu sekitar 0,06 derajat dan di Amerika Selatan dengan respons perubahan suhu sekitar 0,05 derajat.

Dari simulasi itu tampak juga bahwa respons perubahan suhu di Indonesia terhadap perubahan radiasi matahari 1 W/m2 adalah sekitar 0,045 – 0,05 derajat . Dari simulasi itu juga ditunjukkan bahwa respons aktivitas matahari terhadap suhu itu tidak langsung, tetapi ada selang waktunya yang bervariasi antara 8 – 24 bulan. Asia tengah paling cepat merespons hanya dengan selang waktu 8 bulan. Indonesia merespons dengan selang waktu sekitar 18 bulan.

Penelitian lainnya menunjukkan bahwa perubahan suhu permukaan rata-rata global 1750 – 1990 ternyata berkorelasi sangat baik dengan panjang siklus aktivitas matahari, bukan dengan bilangan sunspotnya.

Hujan dan Liputan Awan

Dari penelitian curah hujan 1950 – 1988 di 344 wilayah di Amerika diperoleh adanya hubungan antara curah hujan dan radiasi matahari dengan pergeseran waktu antara 0 – 7 tahun. Keterlambatan respons curah hujan terhadap radiasi matahari ditafsirkan akibat transport energi oleh arus laut, dari lautan penyerap energi matahari di daerah tropik ke lautan yang menghasilkan uap air pembentuk awan di Amerika.

Penelitian lainnya menyatakan sebagian besar catatan data curah hujan di Amerika Serikat menunjukkan adanya periodisitas 10 – 11 tahun yang bersesuaian dengan periodisitas aktivitas matahari. Hal yang serupa juga ditunjukkan dari analisis data curah hujan di India dan  di Australia.

Penelitian menggunakan General Circulation Model (GCM) menunjukkan bahwa perubahan UV matahari berkaitan dengan perubahan pemanasan permukaan dan pengaruh aktivitas matahari tampaknya bersifat kumulatif. Hasil GCM juga menunjukkan bahwa pengaruh aktivitas matahari pada curah hujan bergantung pada wilayah dan musim, ada yang menunjukkan korelasi positif dan ada juga yang menunjukkan korelasi negatif.

Ketergantungan hubungan aktivitas matahari dan curah hujan pada musim juga dijumpai pada analisis awal hubungan aktivitas matahari dan curah hujan di Indonesia. Dengan menggunakan data curah hujan Jakarta (daerah yang data jangka panjangnya relatif lengkap) tahun 1900 – 1979 diperoleh bahwa faktor aktivitas matahari tampak lebih menonjol pengaruhnya pada curah hujan selama musim kering (bulan Agustus) daripada selama musim basah. Diperoleh juga untuk curah hujan bulan Agustus, ada kecenderungan pada saat aktivitas matahari maksimum curah hujannya cenderung maksimum, khususnya untuk rentang waktu pra-1950. Sedangkan untuk musim basah, faktor kosmogenik yang tampak berpengaruh kuat adalah siklus pasang surut bulan yang berkaitan dengan periode pergeseran titik tanjak orbit bulan yang berperiode 18,6 tahun.

Dari data liputan awan untuk wilayah Indonesia Barat 1978-1996 dari satelit GMS, diperoleh bahwa di samping faktor El Nino yang menyebabkan liputan awan menurun pada tahun 1982/1983, 1986/1987, dan 1991/1992, faktor aktivitas matahari yang berperiode sekitar 11 tahun juga tampak pada analisis periodisitas liputan awan. Pada musim kering Juni – Agustus, periodisitas liputan awan sangat menonjol pada periode sekitar 11 tahun, yang menunjukkan adanya pengaruh aktivitas matahari. Pada musim peralihan Maret – Mei, di samping faktor aktivitas matahari, periode sekitar 18 tahun juga tampak menonjol yang mengindikasikan pengaruh efek pasang surut bulan.

Penelitian lainnya terhadap liputan awan global dari data satelit (1980 – 1996) ternyata menunjukkan hubungan yang sangat baik dengan fluks sinar kosmik dari galaksi. Korelasi itu paling baik untuk daerah lintang tinggi. Sebenarnya, ini merupakan pengaruh tidak langsung dari aktivitas matahari, sebab fluks sinar kosmik pun sangat dipengaruhi oleh aktivitas matahari. Pada saat aktivitas matahari maksimum, fluks sinar kosmik cenderung melemah.

Parameter Iklim Lainnya

Dari serangkaian penelitian hubungan aktivitas matahari dan parameter iklim dijumpai adanya periodisitas sekitar 11 tahun yang berkaitan dengan aktivitas matahari. Parameter iklim yang menunjukkan periodisitas seperti itu antara lain indeks kebasahan dan kekeringan di Cina selama 510 tahun (1470 – 1979) dan data endapan di danau Saki selama 4000 tahun (2295 SM – 1894). Demikian juga dijumpai pada data tinggi permukaan laut, suhu permukaan laut, curah hujan, suhu udara, tekanan udara, kronologi lingkaran pohon, indeks kekeringan dan banjir, kejadian sungai banjir, badai, hasil tangkapan ikan di Eropa, hasil panen di Amerika Serikat, produksi ternak unggas, sampai data ekonomi makro di Amerika Serikat.

Kajian perubahan iklim jangka panjang di wilayah sekitar Afrika Utara, India, sampai Cina selama 1000 tahun terakhir juga dilakukan dengan data kronologi lingkaran pohon, banjir dan kekeringan, indeks suhu pada musim dingin, hujan, dan ketinggian air sungai atau danau. Hasilnya menunjukkan adanya beberapa kelompok periodisitas, antara lain periode jangka menengah (10-11 tahun) yang berkaitan dengan aktivitas matahari dan jangka panjang (78-90 tahun) berkaitan dengan siklus jangka panjang aktivitas matahari yang dikenal sebagai siklus Gleissberg.

Dengan menggunakan data baloon cuaca di wilayah belahan bumi Utara selama 37 tahun (1958 – 1994 atau 3,5 siklus matahari), diketahui juga adanya osilasi di atmosfer tengah dengan periode 10 – 12 tahun. Ketinggian udara dengan tekanan tertentu (30 mb) ternyata bervariasi antara 23,91 – 24,05 km yang berkorelasi sangat baik dengan variasi aktivitas matahari yang berperiode sekitar 11 tahun. Osilasi itu juga tampak di kutub Utara, Timur Tengah, Atlantik Utara, Amerika Utara, dan.

Pengaruh aktivitas matahari tampak jelas pada lapisan ozon pada ketinggian sekitar 40 – 50 km. Pada lapisan ini ozon bervariasi sekitar 0,8 – 1 % terhadap variasi UV matahari sebesar 1%. Pada lapisan di bawahnya, pengaruh aktivitas matahari yang cukup kuat tampak tidak merata. Pada ketinggian sekitar 28 – 30 km variasi ozon sekitar 0,4 % hanya terjadi di lintang menengah sementara pada ketinggian sekitar 24 – 25 km variasi ozon 0,4 – 0,5% hanya terjadi di lintang rendah.

Hubungan aktivitas matahari yang direpresentasikan oleh bilangan sunspot dengan pusat aktivitas cuaca di Pasifik juga pernah diteliti. Pusat aktivitas cuaca semi-permanen di Pasifik merupakan sistem tekanan udara yang berpengaruh pada arah badai dan kekuatan sirkulasi udara yang pada akhirnya mempengaruhi iklim di wilayah sekitarnya. Dua daerah sistem tekanan semi-permanen di Pasifik belahan utara diteliti: daerah tekanan rendah Aleut dan daerah tekanan tinggi Hawaii.

Lokasi yang mempunyai tekanan minimum di wilayah Aleut dan tekanan maksimum di wilayah Hawaii selama bulan Desember – Januari  1900–1994 (95 tahun) diteliti perubahan lokasi dan tekananannya, kemudian diidentifikasi kekhasannya pada saat-saat aktivitas matahari maksimum dan minimum. Hasilnya menunjukkan adanya pengelompokan yang signifikan pusat aktivitas cuaca yang berkaitan dengan aktivitas matahari. Pada saat aktivitas matahari maksimum bila dibandingkan pada saat aktivitas matahari minimum, pusat tekanan rendah Aleut berpindah sejauh rata-rata 700 km ke arah timur dari sekitar 188,5 derajat BT ke sekitar 178,5 derajat BT. Sedangkan pusat tekanan tinggi Hawaii berpindah ke utara dari sekitar 31,6 derajat LU ke sekitar 33,2 derajat LU. Karena perpindahan pusat tekanan rendah dan tinggi itu berkaitan juga dengan curah hujan di daerah sekitarnya, tampaknya curah hujan di sekitar Pasifik itu terpengaruh oleh aktivitas matahari, seperti di daerah pantai barat Amerika Serikat.

Sebagai penutup perlu diungkapkan bahwa sebagaimana diakui para peneliti hubungan matahari-iklim, problem utama dalam menyimpulkan hubungan itu adalah pada umumnya korelasi itu bersifat jangka pendek atau kurang signifikan secara statistik. Problem lainnya adalah belum diketahuinya secara pasti mekanisme fisis yang menyebabkan munculnya hubungan statistik tersebut. Beberapa upaya telah dilakukan, antara lain dengan pemodelan. Mekanisme lainnya umumnya merupakan mekanisme tidak langsung hubungan aktivitas matahari dan iklim.

Walaupun ada kesulitan-kesulitan untuk menyimpulkan secara pasti dan utuh hubungan aktivitas matahari dan iklim, namun bukti-bukti empirik yang parsial tetapi saling menunjang cukup menjadi bukti bahwa faktor aktivitas matahari sudah semestinya diperhitungkan dalam kajian perubahan atau variabilitas iklim. Untuk keperluan praktis prakiraan, hal yang mungkin dilakukan pertama kali adalah mencari parameter-parameter iklim yang tingkat prediktibilitasnya cukup tinggi bergantung pada parameter aktivitas matahari. Ada kecenderungan, hubungan parameter iklim dengan parameter aktivitas matahari bersifat lokal atau regional. Ada faktor-faktor khas suatu lokalitas atau regional yang tampaknya memberikan bentuk korelasi yang berbeda-beda. Karakteristik hubungan aktivitas matahari dan iklim suatu daerah terbatas dan kemungkinan perubahan karakteristiknya akibat faktor-faktor antropogenik sebagai efek samping pembangunan, menarik untuk diteliti lebih lanjut.

%d blogger menyukai ini: