a. Perbedaan gradien antar variabel iklim mkro
3.2.4. Gradien Iklim Mikro di Tepi Hutan (Mangrove)
Penggunaan parameter gradien untuk mengkarakterisasi iklim mikro hutan oleh peneliti terdahulu lebih menekankan perubahan spasial dalam ekosistem hutan. Gradien dijelaskan berdasarkan pola perubahan spasial sepanjang transek, misalnya harga variabel iklim mikro pada saat terjadi perubahan paling terjal dan waktu tercapainya gradien tersebut. Idealnya gradien iklim mikro adalah sebuah besaran kuantitatif sehingga dapat secara tegas digunakan untuk karakterisasi ekosistem, misalnya membedakan transek pada ekosistem dan lingkungan yang berbeda, memantau perubahan dalam ekosistem dan/atau lingkungan dll. Data kuantitatif gradien iklim mikro dapat diperoleh dari pendekatan yang dikembangkan oleh Nelson et al. (2007), dan Mendoza et al. (2005). Luaran pendekatan ini merupakan perubahan harga gradien (perbandingan selisih besaran iklim mikro antara dua posisi dibagi jarak antara kedua posisi). Luaran ini dapat menunjukkan perubahan spasial dalam bentuk angka, sepanjang transek dari tepi ke bagian dalam hutan.
Berdasarkan pemodelan matematik data empirik, dimulai dari pemodelan perubahan temporal (harian) diikuti pemodelan variasi spasial, penulis mengembangkan parameter gradien iklim mikro (kuat penerangan, suhu udara, kelembaban udara, suhu air/lumpur) di tepi hutan mangrove. Besaran gradien di tepi diperoleh dari fungsi gradien sepanjang transek mulai dari tepi ke dalam hutan. Dalam penelitian tersebut, penulis melakukan pengukuran variabel iklim mikro pada sembilan posisi secara berpindah (mobile system) sepanjang transek memotong tepi ke dalam hutan mangrove. Fungsi gradien iklim mikro diperoleh dengan mendiferensir fungsi spasial iklim mikro, hasil pemodelan data lapangan. Misalnya untuk variabel suhu udara, dengan fungsi spasialnya T(x), maka gradiennya berbentuk fungsi gT(x) = dT(x)/dx (seperti dikemukakan Edinger
dalam Moore et al., 2005). Fungsi perubahan spasial dan fungsi gradien iklim mikro merupakan keadaan sesaat, karena fungsi-fungsi tersebut berubah dari waktu ke watu sepanjang hari mengikuti penyinaran matahari dan energi yang tersimpan dalam ekosistem dan lingkungan. Dari fungsi gradien dapat diperoleh besaran fisis: (1) harga gradien pada setiap posisi sepanjang transek (seperti luaran dari pendekatan Nelson et al., 2007 dan Mendoza et al., 2005), (2) harga geradient pada tepi hutan, dan (3) jarak terjauh (mendatar) perubahan spasial iklim mikro. Harga gradien sepanjang transek dari tepi ke tengah hutan dapat ditentukan dengan memasukan data jarak dari tepi (x) pada fungsi gradien (gT(x)). Gradien di tepi (x = 0) adalah gT(0) = dT(x)/dx untuk x = 0. Jarak terjauh perubahan spasial iklim mikro diperoleh dengan menentukan posisi dimana harga fungsi gradien mendekati nol (atau menentukan harga x untuk gT(x) ≈ 0). Harga x ini adalah kedalaman efek tepi iklim mikro. Perlu ditegaskan kembali bahwa harga gradien pada setiap posisi sepanjang transek dan di tepi serta kedalaman efek tepi berubah sepanjang hari karena pengaruh penyinaran matahari dan difusi energi yang tersimpan dalam ekosistem dan lingkungan berbatasan. Perubahan tersebut berbentuk periodik sinusoidal.
Pada bagian ini penulis memperkenalkan parameter gradien di tepi untuk karakterisasi iklim mikro hutan (mangrove). Nilai gradien iklim mikro di tepi dapat bervariasi dengan tanda positif atau negatip dan antara harga maksimum dan nol, bergantung variabel iklim mikro, kondisi ekosistem dan lingkungan berbatasan. Nilai gradien di tepi nol berarti tidak ada aliran fluks termal iklim mikro antara lingkungan dengan ekosistem hutan. Tanda gradien negatif (besaran iklim mikro berkurang dengan bertambahnya jarak dari tepi) menunjukkan aliran fluks termal dari lingkungan ke dalam eksositem. Tanda gradien positif menunjukkan aliran termal dari dalam ekosistem hutan ke lingkungan berbatasan. Nilai gradien tepi maksimum menunjukkan perbedaan tertinggi besaran iklim mikro antara lingkungan dengan ekosistem hutan.
Hasil penelitian gradien di tepi hutan mangrove pada sepuluh transek yang berbeda kondisi ekosistem dan lingkungannya adalah sebagai berikut. Gradien tepi maksimum untuk kuat penerangan cahaya matahari bervariasi antara 18.79 lux/m hingga 23.94 lux/m. Gradien tepi maksimum yang tinggi ditemukan pada tepi mangrove yang lebat dan berhadapan dengan laut terbuka. Gradien tepi maksimum yang rendah ditemui pada batas mangrove dengan pantai yang ditumbuhi pohon yang tinggi. Gradien tepi maksimum untuk suhu udara siang hari bervariasi antara 0,902oC/m hingga 1,747oC/m (tanda gradien negatif, fluks termal mengalir dari
lingkungan ke dalam hutan mangrove). Gradien tepi suhu udara maksimum yang tinggi terdapat pada batas hutan mangrove (homogen dan lebat) dengan laut terbuka. Hutan mangrove yang tutupan kanopinya rendah, berbatasan dengan pantai yang ditumbuhi vegetasi menunjukkan gradien tepi suhu udara yang rendah. Gradien tepi suhu udara maksimum pada malam hari bervariasi antara 0,342oC/m hingga 0,524oC/m. Tanda gradien positif menunjukkan arah difusi termal dari dalam ekosistem mangrove ke lingkungan. Hutan mangrove yang lebat dan berbatasan dengan laut menunjukkan gradien tepi suhu udara yang lebih tinggi dibanding hutan mangrove dengan tutupan kanopi yang rendah dan berbatasan dengan pantai bervegetasi. Gradien tepi suhu udara pada malam hari lebih rendah dari siang hari, yang menunjukkan bahwa aliran fluks termal malam hari lebih rendah dari siang hari. Pada siang hari, lingkungan (laut terbuka) memperoleh pasokan energi langsung dari matahari sedangkan di bawah kanopi mangrove energi matahari hanya diperoleh dari proporsi sinar yang menembus celah kanopi dan difusi radiasi arah vertikal dan horizontal. Pada malam hari, fluks termal mengalir dari hutan mangrove ke lingkungan karena mangrove dapat menyimpan energi yang diterima pada siang hari, sedangkan tempat terbuka mengalami penurunan energi termal lebih cepat pada saat matahari terbenam.
Gradien tepi kelembaban udara (kelembaban relatif) siang hari bervariasi antara 2,021%/m hingga 3,037%/m. Gradien kelembaban udara tertinggi siang hari ditemukan pada tepi hutan mangrove yang lebat dan terdapat pasokan air segar dari daratan, sedangkan gradien kelembaban udara yang rendah ditemukan pada tepi hutan mangrove yang tutupan kanopinya rendah, berbatasan dengan pantai dan terdapat jalan aspal (pada jarak 15 m dari tepi mangrove). Pada malam hari gradien tepi kelembaban udara bervariasi natara 1,138%/m hingga 1,78%/m. Pada malam hari, gradien tepi kelembaban udara pada tepi hutan mangrove yang lebat, berbatasan dengan tempat terbuka cenderung lebih tinggi dibanding hutan mangrove yang kurang lebat dan berbatasan dengan pantai bervegetasi.
Gradien tepi suhu tanah/air siang maupun malam hari lebih kompleks dibanding kuat penerangan, suhu udara dan kelembaban udara. Gradien tepi suhu tanah/air antar transek pada siang hari ada yang berbeda arah fluks termalnya, demikian halnya pada malam hari. Hal ini menunjukkan bahwa variasi suhu tanah/air secara spasial tidak hanya dikendalikan oleh penyinaran matahari (waktu siang) dan energi tersimpan dalam hutan mangrove (waktu malam) tapi juga ada pengaruh aliran massa air dari laut dan daratan
dengan kandungan energi yang berbeda. Pengembangan gradien tepi suhu tanah/air untuk menjadi parameter karakterisasi iklim mikro hutan mangrove membutuhkan pengembangan dan analisis lebih lanjut misalnya dengan mengontrol aktivitas pasut dan pasokan air segar dari daratan.
Hasil penelitian yang dilakukan penulis dan tim menunjukkan bahwa nilai gradien tepi maksimum berbeda antara transek dengan kondisi ekosistem dan lingkungan yang berbeda, sehingga gradien tepi iklim mikro (variabel kuat penerangan, suhu udara, kelembaban udara) dapat digunakan sebagai parameter karakterisasi iklim mikro hutan mangrove. Penentuan gradien tepi variabel iklim mikro, termasuk suhu tanah dalam hutan di daratan, dapat mengadopsi metode penentuan gradien ini sehingga dapat menghasilkan data kuantitatif yang dibutuhkan untuk karakterisasi, evaluasi dan pemantauan kondisi ekosistem hutan dan pengaruh perubahan lingkungan. Prosedur pemodelan matematik perubahan temporal (harian), variasi spasial, penentuan fungsi gradien, penentuan nilai gradien di tepi dan kedalaman efek tepi, time lag, serta luas bidang dinamika gradien harian (parameter baru yang dikembangkan penulis) dari data hasil pengukuran di lapangan, diuraikan dalam Bab-6.