β Bowen ratio
2.5. Neraca Energi
Menurut Oke (1987, diacu dalam Oliphan et al. 2004) bahwa neraca energi pada ekosistim merupakan gambaran dari energi yang diterima dan yang dilepaskan dan dipengaruhi oleh karakter permukaan dengan lingkungan atmosfir. Neraca energi merupakan pernyataan hukum kekekalan energi yang menguraikan tentang energi yang diterima dan yang dilepaskan. Untuk itu neraca energi dapat disajikan sebagai suatu metode untuk mengenali dinamika energi pada suatu sistem. Implementasi konsepsi ini kedalam suatu sistem memungkinkan aliran energi dapat dibedakan antara yang tersedia dan penggunaannya dan selalu berada dalam kondisi setimbang. Persamaan dasar neraca energi sesuai dengan hukum kekekalan energi, dapat dituliskan sebagai berikut :
n
R =λE+H +G
(Wm-2 ) ……… (1)Rn : radiasi neto (net radition),
H : aliran bahang terasa (sensible heat flux density), λΕ : aliran bahang laten (latent heat flux density), G : aliran bahang tanah (soil heat flux density),
Nielsen et al., (1981) menyatakan bahwa neraca energi, terutama fluks
sensible heat, merupakan faktor penentu karakteristik golak (turbulence) dari lapisan batas bumi (Planetary Boundary Layer, PBL). Selain itu neraca energi juga merupakan mata rantai utama yang mengaitkan karakteristik permukaan bumi dengan model sirkulasi umum atau General Circulation Model, GCM (Sellers et al. 1997). Gambaran di atas menunjukkan bahwa dengan neraca energi dapat dikenali limpahan energi suatu sistem, selain itu neraca energi dapat menggambarkan kondisi iklim lokal. Contoh sederhana dari gambaran iklim lokal melalui neraca energi adalah bila konversi energi yang dominan ke sensible heat (H), maka dapat diartikan bahwa kawasan tersebut mengalami cekaman air atau lengas pemukaan rendah sebagai gambaran kekeringan.
Konversi dan limpahan energi di permukaan bumi dipengaruhi oleh sifat termal dan emisivitas permukaan, kekasapan (roughness) dan kandungan lengas tanah (Campbell 1977). Besaran nilai masing-masing komponen neraca energi ditentukan
kelembaban udara dan kandungan lengas permukaan (http://www.balticuniv.uu).
Masing-masing komponen neraca energi memberikan pengaruh terhadap proses fisik dan biologi seperti pemindahan massa uap air, pemanasan atau pendinginan udara dan tanah. Bentuk umum dari limpahan atau pemindahan energi dari suatu tempat ke tempat lain adalah konveksi dan konduksi. Uraian ini menggambarkan bahwa dinamika energi di permukkan bumi berkaitan erat dengan karakteristik permukaan dan berhubungan dengan proses fisik lainnya. Sekalipun demikian kajian tentang neraca energi terutama di daerah lintang rendah masih sangat terbatas seperti halnya di Indonesia. Asdak et al. (1998) menghitung nilai evaporasi hutan berdasarkan perinsip neraca energi sebagai dampak penebangan pada ekosistem hutan alam di Kalimantan Tengah. Penelitian terakhir tentang neraca energi yang memperhatikan kondisi topografi banyak dilakukan untuk kawasan di daerah beriklim subtropis dimana faktor topografi, perubahan tata guna lahan dan kondisi pertanian, dan presipitasi sangat menentukan distribusi spasialnya (Kalthof et al. 1999; Friedrich
et al. 2000; Polonia dan Soller 2000). 2.5.1 Radiasi Neto (Rn)
Radiasi neto disebut juga energi tersedia. Besaran nilai ini ditentukan oleh
jumlah radiasi neto gelombang pendek (Rns) dan radiasi neto gelombang panjang
(Rnl) yang diterima. Berkaitan dengan radiasi neto gelombang pendek, maka sifat dan karakteristik permukaan memiliki pengaruh yang cukup besar yang dicirikan oleh
20 albedo (α). Secara khusus neraca radiasi untuk gelombang pendek dan kaitannya dengan nilai albedo adalah sebagai berikut :
... (2) ) 1 ( −α ↓ = RS Rns
Rns : Radiasi neto gelombang pendek Rs : Radiasi global yang diterima
α : Albedo permukaan
Persamaan ini menjelaskan bahwa albedo sangat mempengaruhi jumlah radiasi neto gelombang pendek yang dapat disimpan menjadi energi tersedia. Persamaan ini juga memperjelas bahwa perubahan penggunaan lahan mempengaruhi ketersedia-an energi. Ini dapat dipahami karena masing masing bentuk penggunaketersedia-an lahketersedia-an memiliki nilai albedo tertentu seperti yang disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2 Albedo berbagai tipe permukaan
No Tipe Permukaan Albedo (%)
1. Tanah pasir kering 25 – 45
2. Tanah liat kering 20 – 35
3. Tanah gambut 5 – 15
4. Tanaman di lapangan 20 – 30
5. Hutan berdaun lebar 15 – 20
6. Hutan berdaun jarum 10 – 15
Rosenberg 1983.
Perubahan nilai albedo (α) dari 15 % menjadi 25 % dapat menimbulkan variasi radiasi neto mencapai 5% (Tunner 1968, diacu dalam Murdiyarso dan Satjapraja 1991).
Nilai dari radiasi neto memiliki arti penting karena terkait dengan jumlah energi yang tersedia untuk dipergunakan pada proses fisik dan biologi dalam sistem biosfer. Berkaitan dengan itu dan keterbatasan alat ukur, maka peneliti mencoba me-ngembangkan persamaan empiris untuk menduga besaran nilai Rn. Linacre (1968, diacu dalam Rosenberg 1983) mengembangkan persamaan empiris untuk menduga nilai Rn dengan mengunakan radiasi global, albedo, persen peluang radiasi (n/N) dan suhu udara (oC) dengan persamaan matematika sebagai berikut:
Rn = (1-α)Rs-1.11(0.2+0.8n/N)(100-T) ... (3) Rn : radiasi netto
T : suhu udara (oC) 2.5.2 Sensible Heat (H)
Pemindahan energi ini umumnya terjadi secara konveksi antara suatu permukaan dengan atmosfer. Aliran energi ini memiliki hubungan dengan gradian suhu antara suatu permukaan dengan udara lingkungannya. Pada kondisi suhu udara yang tinggi dari suhu permukaan, maka aliran energi menuju ke sistem permukaan (negative sensible heat transfer), akibatnya permukaan akan mengalami peningkatan suhu sedangkan atmosfer mengalami penurunan suhu
(http://www.uwsp.edu/geo). Selanjutnya diuraikan bahwa kondisi positive sensible
heat transfer terjadi bila suhu permukaan lebih tinggi dari suhu udara. Proses ini disebut juga sebagai sensible heat loss (http://www.plantphys.net) karena sensible
heat yang ada pada sistem permukaan mengalami pengurangan. Negative sensible
heat transfer umumnya terjadi pada malam hari pada permukaan yang mengalami pendinginan akibat pancaran radiasi gelombang panjang sebelumnya. Limpahan
sensible heat selain dipengaruhi oleh gradian suhu antara permukaan dengan udara di atasnya, juga dipengaruhi oleh faktor lain berupa tahanan aerodinamik dan kerapatan udara serta sifat termal udara seperti yang diformulasikan oleh Snyder and Paw (2001). Schmid et al. (2000) melaporkan bahwa pada musim dingin dan awal musim semi di hutan deciduous sebelum mengalami gugur daun, 80% dari energi yang tersedia dikonversi menjadi sensible heat
2.5.3 Latent Heat (LE)
Latent heat (LE) diartikan sebagai limpahan energi yang digunakan untuk menguapkan air ke atmosfer. Menurut Woodward dan Sheehy (1983), Monteith dan Unsworth (1990) bahwa Latent heat adalah jumlah energi yang diperlukan untuk mengubah satu unit massa air menjadi uap pada suhu yang sama. Kondisi ini juga disebut latent heat of vaporization. Bila terjadi evaporasi, maka sistem yang ber-evaporasi mengalami pengurangan energi atau evaporative heat loss
(http://www.plantphys.net) sedangkan aliran energi bersifat postif atau positive
latent heat flux. (http://www.uwsp.edu/geo). Pada proses ini terjadi konversi latent
heat menjadi sensible heat yang kemudian mengakibatkan suhu udara meningkat
sebaliknya permukaan mengalami penurunan suhu. 2.5.4 Soil Heat Flux (G)