ANALISIS AKTIVITAS KONVEKTIF

DI ATAS BENUA MARITIM INDONESIA 

MENGGUNAKAN COMPLEX EMPIRICAL ORTHOGONAL FUNCTION

Danang Eko Nuryanto

PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGANBADAN METEOROLOGI KLIMATOLOGI DAN GEOFISIKA

LATAR BELAKANG• Ciri utama dari aktivitas konvektif di BMI adalah 

variasi diurnal (Nitta dan Sekine, 1994; Liberti  dkk., 2001; Sakurai dkk., 2005; Ichikawa dan 

Yasunari, 2006; Hara dkk., 2006)• Indeks konveksi diurnal di BMI umumnya 

diturunkan  dari data suhu puncak awan hasil  penginderaan jauh satelit (Ohsawa dkk., 2001;  Liberti dkk., 2001; Sakurai dkk., 2005)

• Aktivitas konvektif sangat terkait dengan  konvergensi angin

(Akitomo dkk., 1995; Pucillo 

dkk., 2009)• Dengan demikian indeks  aktivitas  konvektif 

diurnal yang memasukkan unsur  konvergensi  angin di dalam perhitungannya lebih sesuai 

dengan kondisi BMI dimana interaksi darat‐laut‐ atmosfer lebih kompleks

PERMASALAHAN• Bagaimana merepresentasikan aktivitas 

konvektif diurnal yang lebih mencerminkan  interaksi darat‐laut‐atmosfer di BMI.

• Bagaimana pola aktivitas konvektif yang  memberikan ciri khas BMI.

TUJUAN PENELITIAN• Diperoleh suatu indeks representatif

yang 

mengandung informasi keberadaan awan  konvektif sekaligus kovergensi angin dekat  permukaan

• Diperoleh pola khas BMI yang direpresentasi‐ kan oleh awan konvektif

dan kovergensi angin 

RUANG LINGKUP• Dalam studi ini membahas aktivitas konvektif 

pada wilayah BMI

• Studi ini ditekankan pada aktivitas konvektif  diurnal yang dapat direpresentasikan ke 

dalam skala iklim 

• Periode data yang dipergunakan dalam studi  ini adalah data tahun 1996 –

2009.

• Liberti dkk (2001) mempelajari variabilitas awan dengan 

menganalisis data satu jam‐an brightness temperature

selama 4 

bulan. Mereka

mempelajari pengaruh relatif pulau‐pulau besar 

terhadap variasi diurnal awan di atas lautan Pasifik ekuator 

barat.

• Sakurai dkk (2005) menerangkan siklus diurnal migrasi sistematis 

sistem awan menggunakan data GMS IR1 di seluruh wilayah 

Sumatera.

Awan konvektif terbentuk di atas wilayah 

pegunungan (darat) pada sore hari dan bermigrasi ke barat 

dan/atau ke timur dari tengah malam hingga pagi hari. 

• Peran konvergensi angin lapisan bawah dalam proses konveksi di 

atas danau diteliti oleh Akitomo dkk. (1995) dengan simulasi 

numerik. 

• Penelitian terbaru juga mengemukakan bahwa konvergensi angin 

dapat memicu terbentuknya awan konveksi (Pucillo dkk., 2009).

STUDI PUSTAKA Cont’d

STUDI PUSTAKA• Ensemble tipe‐tipe awan yang terjadi berasosiasi dengan konveksi 

tinggi, kontribusi positif dan negatif individual saling menghilangkan 

ketika sistem awan konvektif tersebut dirata‐ratakan

(Hartmann 

dkk, 2001).

• Neale dan Slingo (2003) telah menunjukkan bahwa setiap perubahan 

kecil pada siklus diurnal memproyeksikan pada iklim

rata‐rata 

musiman secara signifikan.

• Slingo dkk (2003) menyatakan bahwa klimatologi siklus diurnal 

dapat digunakan untuk memberikan bukti pentingnya angin laut‐

angin darat dan efek gelombang gravitasi, yang kemungkinan 

memainkan peran penting dalam budget panas dan uap air wilayah 

BMI.

• Barnett (1983) menggunakan CEOF untuk menyelidiki interaksi 

sistem monsun dan angin pasat di Pasifik dengan data kecepatan 

angin.

• Susanto dkk. (1998 ) menerapkan prinsip CEOF dengan menggunakan 

data

anomali

tinggi

muka

laut

Samudera

Pasifik

Cont’d

STUDI PUSTAKA• Analisis EOF (Empirical Orthogonal Function) 

merupakan suatu 

upaya untuk menemukan  sejumlah relatif kecil dari variabel independen 

(prediktor; faktor) yang menyampaikan sebanyak  mungkin informasi yang asli.

• Analisis EOF dapat digunakan untuk  mengeksplorasi struktur variabilitas dalam 

kumpulan data dengan cara yang obyektif, dan  untuk menganalisis hubungan di dalam satu 

himpunan variabel.• Analisis EOF juga disebut analisis komponen 

utama atau analisis faktor.• Analisis CEOF (Complex Empirical Orthogonal 

Function) merupakan analisis EOF dengan  menggunakan input bilangan kompleks (Barnett, 

1983).

DATA• Angin permukaan (Cross‐Calibrated Multi‐

Platform /CCMP  penggabungan antara data angin permukaan yang diturunkan sumber konvensional (pengamatan kapal) dan in situ  (buoys) dan beberapa satelit ke dalam analisis global (Atlas dkk., 2010))– Data 1996 –

2009

– Resolusi 0.25 derajad, 6 jam‐an

• Awan (IR1  Kochi)– Data 1996 –

2009

– Resolusi 0.05 derajad, 3 jam‐an

METODOLOGI

Angin Permukaan Zonal 

and Meridional

Brightness Temperature  

IR1

⎩⎨⎧ −

=0

230 bTIK

utkutk

KTKT

b

b

230230

>≤

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∂∂

−=yv

xukonv

)()(

pagisore

pagisore

xxmaksxx

N−

−=

Normalisasi

dihitung dengan cara mencari selisih rata‐rata data 

pada sore hari (13:00 –

22:00) dengan rata‐rata data pada pagi 

hari (01:00 – 10:00) yang hasilnya kemudian dibagi dengan nilai 

maksimumnya

Konvergensi Angin (Nk)Indeks Konvektif (Nik)

),(),(),( txintxntxu ikk +=

PERHITUNGAN CEOFMenentukan matriks representasi bilangan 

kompleks sebagai input  :

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

),(...)2,()1,(............

),2(...)2,2()1,2(),1(...)2,1()1,1(

nmumumu

nuuunuuu

U

Menghitung matriks kovarians dari U

:

UUR *=

Menghitung nilai eigen (eigenvalues) dan 

vektor eigen (eigenvectors) dari matriks R

dengan menyelesaikan persamaan berikut :

Λ= CRC

Menghitung nilai variansinya berdasarkan 

nilai eigen  :

Dimana 

adalah matriks diagonal yang 

mengandung nilai eigen       dari matriks R. 

Vektor pada setiap kolom matriks C

menunjukkan vektor eigen dari matriks R, 

yang berasosiasi dengan nilai eigen .

Λλ

variansi(i) = %100xi

i

∑λλ

Deret waktu sebagai Principal Component (PC) 

setiap mode dari CEOF diperoleh dengan 

memproyeksikan matriks U

dengan CEOF 

setiap mode (matriks C).  Sehingga PC

dapat 

kita peroleh melalui perhitungan :

UCPC =Menghitung amplitudo temporal :

22 ))(())(( PCimagPCrealAmplitudo +=

REPRESENTASI PSEUDO‐VEKTOR• Fase 1: konvergensi dominan 

pada sore hari, konveksi lemah

• Fase 2: konvergensi dan 

konveksi sama kuat pada sore 

hari

• Fase 3: konveksi dominan pada 

sore hari, konvergensi lemah

• Fase 4: konvergensi pada pagi 

hari dan konveksi pada sore hari 

sama kuat

• Fase 5: konvergensi dominan 

pada pagi hari, konveksi lemah

• Fase 6: konvergensi dan 

konveksi sama kuat pada pagi 

hari

• Fase 7: konveksi dominan pada 

pagi hari, konvergensi lemah

• Fase 8: konvergensi pada sore 

hari dan konveksi pada pagi hari 

sama kuat

Nitta dan Sekine (1994) menggunakan 

pseudo‐vektor  untuk merepresentasikan 

amplitude dan fase komponen diurnal indeks 

konvektif pada Pasifik Barat Tropis. 

Konvergensi 

positif

Konveksi 

positif

Fase 1Fase 5

Fase 2

Fase 8

Fase 3

Fase 4

Fase 7Fase 6

Konveksi 

negatif

Konvergensi 

negatif

0 5 10 15 20 25 30 35-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

Tanggal

Konveksi dan Konvergensi pada 110 BT, 5.5 LS

konveksikonvergensi

0 5 10 15 20 25 30 35-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

Tanggal

Konveksi dan Konvergensi pada 110 BT, 0.5 LS

konveksikonvergensi

CONTOH HASIL NORMALISASI

HASIL DAN PEMBAHASAN

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

10

20

30

40

50

60

70Variansi CEOF

CEOF

varia

nsi (

%)

DasarianBulanan

ModeKonveksi Konvergensi

Maks Rata- Rata

Maks Rata- Rata

CEOF1 0.0049 0.00011 0.0067 0.00025CEOF2 0.0199 -0.00071 0.0043 -0.00017

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Tahun

Am

plitu

do

Deret Waktu Bulanan Amplitudo Konvergensi dan Konveksi

CEOF1 (67.1804%)CEOF2 (7.991%)

6 12 18 24-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

periode(bulan)

log(

pow

er)

Pola Spektrum CEOF1 (67,18%)

CEOF1sig. level 95%

6 12 18 24-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

periode(bulan)

log(

pow

er)

Pola Spektrum CEOF2 (7,99%)

CEOF2sig. level 95%

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.80

0.5

1

1.5

2

2.5

CEOF1

CE

OF2

Scatter Plot CEOF1 vs CEOF2

y = 0.62*x + 0.29R = 0.40475

1996 - 19981999 - 2009 linear

Pola monsunal kuat maka pengaruh lokal juga kuat, namun sebaliknya jika pola monsunal lemah belum tentu pengaruh lokal lemah (lokal lebih independen tidak terpengaruh pola monsunal)

KESIMPULAN• Dalam studi ini telah diperkenalkan deret waktu CEOF yaitu 

sebagai suatu indeks yang mewakili aktivitas konvektif BMI 

mencerminkan nilai konvergensi dan indeks konveksi, diperoleh : – CEOF‐1 cenderung menunjukkan pola umum BMI yaitu adanya beda fase 

antara konveksi di darat dan konveksi di laut, namun menunjukkan

sama 

fase antara konvergensi dan konveksi, dimana mempunyai dominasi siklus 

annual. 

– CEOF‐2 secara spasial menunjukkan pola yang cenderung acak yang 

merepresentasikan aktivitas lokal dengan dominasi aktivitas berada di 

darat, menariknya adalah pola ini terdapat di seluruh kepulauan 

Indonesia tidak hanya di daerah tipe hujan ekuatorial. Pola IAK‐2 secara 

temporal mempunyai dominasi siklus semi‐annual. 

– CEOF‐1 dan CEOF‐2 tidak sepenuhnya independen karena hasil regresi 

antara CEOF1 dan CEOF‐2 (koefisien COEF‐1 dan CEOF‐2) menunjukkan 

nilai koefisien korelasi sekitar 0,4.

• El Nino 1997/1998 cenderung mempunyai keterkaitan dengan 

pola umum aktivitas konvektif BMI namun tidak terlalu 

mempunyai keterkaitan pada pola lokal aktivitas konvektif BMI.

DAFTAR PUSTAKAAdler, R. F., dan Negri, A. J., (1988) : A Satellite Infrared Technique to Estimate Tropical Convective and Stratiform Rainfall,

Journal of Applied Meteorology, 27, 30 –

51.Akimoto, K., Tanaka, K., Awaji, T., dan Imasato, N., (1995) : Deep Convection in Lake Trigered by Wind: Two‐Dimensional Numerical Experiments with a Nonhydrostatic 

Model, Journal of Oceanography, 51, 171 –

185.Aldrian, E., dan Susanto, R.D., (2003), Identification of Three Dominant Rainfall Regions within Indonesia and Their Relationship to Sea Surface Temperature, International 

Journal od Climatology, 23: 1435 –

1452.Atlas, R., Hoffman, R. N., Ardizzone, J., Leidner, S. M., Jusem,

J. C., Sminth, D. K., dan Gombos, D., (2010) : A Cross‐Calibrated, Multi‐Platform Ocean Surface Wind Velocity 

Product for Meteorological and Oceanographic Application, Bulletin of the American Meteorological Society (preliminary accepted version),

doi: 

10.1175/2010BAMS2946.1.Barnett, T. P., (1983) : Interaction of the Monsoon and Pacific Trade Wind Systems at Interannual Time Scale. Part I: The Equatorial Zone, Monthly Weather Review, 111, 756 

–

773.Chen, S. S., dan Houze, Jr. R. A., (1997) : Diurnal Variation and Lifecycle of Deep Convective Systems over the Tropical Pacific

Warm Pool, Quarterly Journal of the Royal 

Meteorological Society, 123, 357 –

388.Chang, C. P., Wang, Z., McBride, J., dan Liu, C. H., (2005) : Annual Cycle of Southeat Asia –

Maritime Continent Rainfall and the Asymmetric Monsoon Transition, Journal of 

Climate, 18, 287 –

301.Engerer, N. A., Stensrud, D. J., dan Coniglio, M. C., (2008) : Surface Characteristics of Observed Cold Pools, Monthly Weather Review, 136, 4839 –

4849.Haylock, M., dan McBride, J., (2001) : Spatial Coherence and Predictability of Indonesian Wet Season Rainfall, Journal of Climate, 14, 3882 –

3887.Hara, M., Yoshikane, T., dan Kimura, F., (2006)

:

Mechanism of Diurnal Cycle of Convective Activity over Borneo Island, 7th WRF User’s Workshop, 17 – 22 June 2006, Boulder, 

Colorado, US.Hartmann, D. L., Moy, L. A., dan Fu, Q., (2001) : Tropical Convection and the Energy Balance at the Top of the Atmosphere, Journal of Climate, 14, 4495 –

4511. Hendon, H. H.,

dan Woodberry, K., (1993) : The Diurnal Cycle of Tropical Convection, Journal of Geophysical Research, 98, 16623 – 16637.Hendon, H. H., (2003) : Indonesian Rainfall Variability: Impacts

of ENSO and Local Air‐Sea Interaction, Journal of Climate, 16, 1775 –

1790.Holton, J. R., (2004) : An Introduction to Dynamic Meteorology, Fourth Edition, Elsevier Academic Press, ISBN: 0‐12‐354015‐1.Ichikawa, H., dan Yasunari, T., (2006) : Time–Space Characteristics of Diurnal Rainfall over Borneo and Surrounding Oceans

as Observed by TRMM‐PR, Journal of Climate, 19, 

1238 –

1260.Lau, K. –M., and Chan, P. H., (1983) : Short‐term Climate Variability and Atmosphere Teleconnections from Satellite‐observed Out‐going Longwave Radiation. Part I: 

Simultaneous Relationship, Journal of Atmosphere Science, 40, 2735 –

2750.Liberti, G.

L., Chéruy,

F., dan

Desbois,

M.,

(2001) : Land

effect on the diurnal cycle of clouds over the TOGA

COARE area, as observed from GMS IR Data, Monthly Weather 

Review, 129, 1500‐1517.Kajikawa, Y., Wang, B., dan Yang, J., (2009)

:

A Multi‐time Scale Australian Monsoon Index, International Journal of Climatology, DOI: 10.1002/joc.1955.Mapes, B. E., dan Houze, R. A. Jr., (1993) : Cloud Clusters and Super Clusters over the Oceanic Warm Pool, Monthly Weather Review, 121, 1398 –

1415.Matsumoto, J., dan Murakami, T., (2002) : Seasonal Migration of Monsoons Between the Northern and Southern Hemisphere as Revealed from Equatorially Symmetric and 

Asymmetric OLR Data, Journal of the Meteorological Society of Japan, 80, 419 –

437.McBride, J. L., (1998) : Indonesia, Papua New Guinea, and Tropical Australia. The Southern Hemisphere Summer Monsoon, Meteorology of the Southern Hemisphere,

Meteorological Monograph, No. 49, American Meteorology Seciety, 89 –

99.Zhu, W., Li, T., Fu, X., dan Luo, J‐J., (2010) : Influence of the Maritime Continent on the Boreal Summer Intraseasonal Oscillation, Journal of the Meteorological Society of 

Japan, 88, 395 –

407.

Cont’d

DAFTAR PUSTAKAMeehl, G. A., (1987) : The Annual Cycle and Interannual

Variability in the Tropical Pacific and Indian Ocean Regions, Monthly Weather Review, 115, 27 –

50.Meyers, G., McIntosh, P., Pigot, L., dan Pook, M., (2007): The Years of El

Nino, La Nina, and Interactions with the Tropical Indian Ocean,

Journal of Climate, 20, 2872 –

2880.Motoi, T., dan Kitoh, A., (2005) : Role of the Maritime Continent in a Coupled Atmosphere‐Ocean‐Land Surface Model, American Geophysical Union, Fall Meeting 2005, 

abstract #OS31B‐1445. http://adsabs.harvard.edu/abs/2005AGUFMOS31B1445MNeale, R., dan

Slingo, J. , (2003) : The Maritime Continent

and its Role in the Global Climate: A GCM study, Journal of Climate, 16, 834 –

848.Nitta, T., dan

Sekine, S., (1994) : Diurnal Variation of Convective Activity over the

Tropical Western Pacific, Journal of the Meteorological Society of Japan, 72, 627 – 641.Ohsawa, T., Ueda, H., Hayashi, T., Watanabe, A., dan

Matsumoto, J., (2001) : Diurnal Variation of Convective Activity and Rainfall in Tropical Asia, Journal of the 

Meteorological Society of Japan, 79, 333 –

352.Pucillo, A., Giaiotti, D. B., dan

Stel, F., (2009) : Ground Wind Convergence as Source of Deep Convection Initiation, Atmospheric Research, 93, 37 – 445.Ramage, C.S., (1968) : Role of a Tropical “Maritime Continent”

in the Atmospheric Circulation, Monthly Weather Review, 96,

365 –

370.Saito, K., Keenan, T., Holland, G., dan Puri, K., (2001)

:

Numerical Simulation of the Diurnal Evolution of Tropical Island Convection over the Maritime Continent, Monthly 

Weather Review, 129, 378 –

400.Saji, N. H., Goswami, B. N.,  Vinayachandran P. N., dan Yamagata, T., (1999):  A Dipole Mode in the Tropical Indian Ocean, Nature, 401, 360 – 363. Sakurai, N., Murata, F., Yamanaka, M. D., Mori, S., Hamada, J‐I., Hashiguchi, H., Tauhid, Y. I., Sribimawati, T., and Suhardi,

B., (2005) : Diurnal Cycle of Cloud System Migration

over

Sumatera

Island, Journal of the Meteorological Society of Japan, 83, 835 – 850.Satomura, T., (2000) : Diurnal Variation of Precipitation over the Indo‐China Peninsula: Two Dimensional Numerical Simulation, Journal of the Meteorological Society of Japan, 

78, 461 – 475.Simmons, A. J., Wallace, J. M., dan

Branstator, G.W., (1983) : Barotropic

Wave Propagation and Instability, and Atmospheric Teleconnection

Patterns, Journal of the 

Atmospheric Sciences, 40, 1363 –

1392.Slingo, J., Innes, P., Neale, R., Woolnough, S., dan Yang, G‐Y., (2003) : Scale Interactions on Diurnal to

Seasonal Timescales and their Relevance

to Model Systematic Errors, 

Annals of Geophysics, 46, February 2003.Susanto, R. D., Zheng, Q., dan

Yan, X‐.H., (1998) : Complex Singular Value Decomposition Analysis of Equatorial Waves in the Pacific Observed by TOPEX/Poiseidon

Altimeter, 

Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 15, 764 –

774.Ting, M., dan

Sardeshmukh, P. D., (1993) : Factors Determining the Extratropical

Response to Equatorial Diabatic

Heating Anomalies, Journal of the Atmospheric Sciences, 50, 

907 – 918.Trenberth, K. E., and T. J. Hoar, (1996) : The 1990–1995 El Niño‐Southern Oscillation Event: Longest on record, Geophysical Research Letters, 23, 57 – 60.Wang, B., dan Fan, Z., (1999)

:

Choice of South Asian Summer Monsoon Indices, Bulletin of American Meteorology Society, 80,

629 –

638.Wang, B., Wu, R., dan

Lau, K. –M., (2001) : Interannual

Variability of the Asian Summer Monsoon: Contrasts between the Indian and the Western North‐East Asian Monsoon, 

Journal of Climate, 14, 4073 –

4090.Wilks, D. S., (2006) : Statistical Methods in the Atmospheric Sciences, Academic Press, USA, 383 –

388.Wilson, J. W., dan

Schreiber, W. E., (1986) : Initiation of Convective Storms at Radar‐Observed Boundary‐Layer Convergence Lines. Monthly Weather Review, 114, 2516 –

2536.Wu, C.‐H., dan

Hsu, H.‐H., (2009) : Topographic Influence on the MJO in the Maritime Continent, Journal of Climate, 22, 5433 –

5448.Yang, G‐Y, dan Slingo, J., (2001) : The Diurnal Cycle in the Tropics, Monthly Weather Review, 129, 784 –

801.Zhu, W., Li, T., Fu, X., dan Luo, J‐J., (2010) : Influence

of the Maritime Continent on the Boreal Summer Intraseasonal

Oscillation, Journal of the Meteorological Society of 

Japan, 88, 395 –

407.

TERIMA KASIHdanang.eko@bmkg.go.id