Analisis Karakteristik dan Pengklasteran Dry Spell di Pulau Jawa berdasarkan Frekuensi Relatif dan Kontribusi Fraksional

Abstract

Dry spell merupakan periode tidak hujan secara berturut-turut yang merepresentasikan distribusi temporal curah hujan. Identifikasi karakteristik dry spell diperlukan untuk mengetahui potensi risiko bencana secara lebih dini. Penelitian ini menggunakan pendekatan frekuensi relatif (relative frequency/RF) dan kontribusi fraksional (fractional contributions to total duration/FCTD) untuk mengidentifikasi dry spell berdasarkan data curah hujan observasi permukaan harian. Data hujan yang digunakan bersumber dari jaringan pengamatan BMKG di Pulau Jawa pada periode Januari 2010 hingga Desember 2019. Proses pengolahan data dimulai dengan tahap quality control (QC) data curah hujan melalui identifikasi duplikasi data, deteksi false zero pada periode puncak musim hujan dan periode dry spell berkepanjangan. Analisis karakteristik dry spell dilakukan melalui parameter RF dan FCTD dari masing-masing durasi dry spell. Proses pengklasteran juga dilakukan untuk mengidentifikasi daerah dengan kesamaan karakter dry spell melalui analisis PCA dan metode klastering non-hirarki (K-means). Hasil QC menunjukkan bahwa permasalahan terkait duplikasi data memiliki proporsi tertinggi, sehingga mereduksi 18.4% stasiun. Sementara itu, data suspek terkait nilai nol, yang terdiri dari akumulasi hujan bulanan bernilai nol pada puncak musim hujan dan periode hari tanpa hujan yang berkepanjangan masing-masing mereduksi sekitar 1.1% dan 1% stasiun. Berdasarkan frekuensi (RF), dry spell berdurasi pendek (=10 hari) lebih sering terjadi, namun berdasarkan kontribusi (FCTD) terdapat variasi secara spasial di Pulau Jawa. Daerah Jawa bagian barat lebih didominasi oleh FCTD dry spell berdurasi pendek (=10 hari), sedangkan daerah Jawa bagian timur lebih didominasi FCTD dry spell berdurasi panjang (>10 hari). Karakteristik dry spell di Pulau Jawa juga merepresentasikan pengaruh topografi lokal yang membentuk gradien utara-selatan, yaitu wilayah utara lebih didominasi oleh FCTD dry spell berdurasi panjang (>10 hari). Analisis berdasarkan periode sub-musim menunjukkan karakteristik tersebut dapat teridentifikasi dengan jelas pada periode Juni-Agustus dan September-November. Sebaran FCTD dry spell mengindikasikan kemiripan pola terhadap distribusi hujan tahunan di Pulau Jawa. Daerah dengan curah hujan tahunan rendah umumnya memiliki nilai yang lebih tinggi dari FCTD berdurasi >10 hari, dan sebaliknya untuk daerah dengan kategori hujan tahunan menengah hingga sangat tinggi. Keterkaitan tersebut teridentifikasi dengan jelas di wilayah Jawa bagian barat, dan menunjukkan peningkatan variasi ke wilayah Jawa bagian timur. Hubungan keterkaitan antara FCTD dan curah hujan tahunan di Pulau Jawa memiliki nilai korelasi sebesar 0.66. Pengklasteran dry spell menghasilkan 4 klaster yang dapat merepresentasikan karakteristik dry spell. Karakteristik tersebut berupa kontras FCTD antara wilayah barat dan timur, serta gradien FCTD dengan arah utara-selatan di Pulau Jawa. Masing-masing klaster juga menunjukkan perbedaan terkait kontribusi dari dry spell berdurasi pendek (=10 hari) dan panjang (>10 hari).

A dry spell represents a period of consecutive non-rainy days, indicating the temporal distribution of rainfall. Characterizing these events serves as crucial information for assessing disaster risks. This study utilizes an approach based on relative frequency (RF) and fractional contribution to total duration (FCTD) to identify dry spells using daily rainfall observations from BMKG’s network across Java Island, spanning January 2010 to December 2019. Data processing begins with quality control of the rainfall data, addressing issues such as data duplication and false zero values during peak rainy seasons and extended dry spell periods. Dry spell characteristics are examined through RF and FCTD for each specific duration. Cluster analysis, incorporating principal component analysis (PCA) and K-means clustering, is employed to identify regions with similar dry spell patterns. The QC results reveal that data duplication is the primary issue, leading to a reduction of 18.4% of stations. Additional QC steps for false zero values during the peak rainy season and extended dry periods contributed to reductions of around 1.1% and 1% of stations, respectively. Based on frequency (RF), short dry spells (=10 days) occur more frequently, but based on contribution (FCTD) there are spatial variations in Java Island. The western part of Java is more dominated by FCTD from short dry spells (=10 days), while the eastern part is more dominated by FCTD from longer duration (>10 days). Dry spell characteristics also represent the local topography that forms a north-south gradient, where longer-duration dry spells are more prevalent in the north. Sub-seasonal analysis indicates that these patterns are particularly evident during the June-August and September-November periods. The distribution of dry spells mirrors the annual rainfall distribution on Java Island, with areas receiving lower annual rainfall tending to have shorter dry spells, and vice versa. This relationship is particularly notable in the western region, with increased variability toward the east. The correlation between dry spell fractional contribution and annual rainfall is 0.66. Through cluster analysis, four clusters representing dry spell characteristics on Java Island were identified, displaying an east-west contrast and north-south gradients in dry spell patterns. Each cluster shows distinct characteristics in the fractional contribution of dry spells lasting less than 10 days (=10 days) and greater than 10 days (>10 days).