Perubahan suhu udara harian antara tiga lokasi berpola sinusoidal
PENELITIAN IKLIM MIKRO HUTAN DAN HUTAN MANGROVE
2.4. Variabel-Variabel Iklim Mikro Untuk Karakterisasi Eko- Eko-sistem Hutan
2.4.1. Hasil Penelitian Karakterisasi Iklim Mikro Hutan
Para ahli meneliti iklim mikro hutan berdasarkan pengukuran beberapa variabel iklim mikro. Variabel iklim mikro yang dipilih untuk diteliti berganrtung tujuan dan penekanan materi penelitian. Menurut Davies-Colley et al. (2000), paling tidak ada lima variabel yang secara bersama-sama mengkarakterisasi iklim mikro yakni: penetrasi cahaya matahari, penetrasi angin, presipitasi (curah hujan), suhu (tanah dan udara), kelembaban (tanah dan udara). Newmark (2001), Godefroid et al. (2006), Hennenberg et al. (2008), mengemukakan bahwa parameter iklim mikro yang banyak diteliti untuk mengkarakterisasi hutan adalah suhu udara, kelembaban udara (atau defisit tekanan uap) dan intensitas radiasi. Chen et al. (1995) melakukan penelitian untuk mengkarakterisasi iklim mikro hutan menggunakan variabel suhu udara, suhu tanah, kelembaban relatif, radiasi cahaya, dan kecepatan angin. Untuk meneliti perubahan harian dan musiman gradien iklim mikro pada arah vertikal dan horizontal, Rambo and North (2008) mengukur dan menganalisis perubahan variabel suhu udara dan kelembaban udara. Heithecker and Halpern (2007) mengkarakterisasi iklim mikro area
sekitar tepi hutan dengan meneliti gradien kuat penerangan, suhu udara, suhu tanah dan kelembaban tanah.
Angin merupakan variabel iklim mikro, yang turut mempengaruhi variabel iklim mikro lainnya seperti suhu udara dan kelembaban udara. Faktor angin berpengaruh signifikan terhadap aliran fluks termal dalam ekosistem atau antara lingkungan dengan ekosistem hutan. Pengaruh angin terhadap aliran fluks termal, menyebabkan perubahan pola spasial variabel iklim mikro. Proses difusi termal di bawah pengaruh angin dikenal sebagai difusi tertekan (forced diffusion), sedangkan pada kondisi tidak ada pengaruh angin, difusi termal berlangsung dalam keadaan tunak (steady state) atau difusi tak tertekam (unforced diffusion).
Angin yang bertiup dari arah luar ke tengah hutan akan menyebabkan peningkatan kedalaman efek tepi variabel iklim mikro lainnya seperti suhu udara, kelembaban udara, dan suhu tanah. Sebaliknya, jika angin bertiup dari dalam hutan ke arah luar maka kedalaman efek tepi variabel iklim mikro cenderung berkurang (Chen et al., 1995; Davies-Colley et al., 2000). Angin juga dapat mengubah gradien variabel iklim mikro di tepi hutan. Angin yang bertiup dari luar ke dalam hutan, menyebabkan kemiringan gradien berkurang, sebaliknya jika angin bertiup dari dalam hutan kea rah luar, gradien variabel iklim mikro akan bertambah terjal Chen et al., 1995; Davies-Colley et al., 2000).
Karakterisasi iklim mikro hutan mangrove sangat signifikan dipengaruhi oleh dampak penyinaran matahari pada permukaan air terbuka dan permukaan air di bawah kanopi. Menurut Malanson and Carins (1995), faktor yang sangat penting dalam menganalisis perubahan iklim mikro sekitar batas habitat adalah peningkatan radiasi cahaya yang diterima sepanjang tepi hutan. Pentingnnya penetrasi radiasi matahari dalam mengendalikan iklim mikro ekosistem mangrove, dikemukakan oleh Mazda and Wolanski (2009). Menurut Mazda and Wolanski, variasi harian radiasi matahari menyebabkan perubahan suhu udara dan suhu tanah, khususnya pada dataran pasut yang berbatasan dengan hutan mangrove. Variasi ini menghasilkan perubahan harian suhu udara dan suhu air yang menggenangi rawah mangrove. Miura et al. (2001), Peterson (2004); Van Bloem and Murphy (2005), Yoko-o and Tokeshi (2011), menekankan pentingnya faktor angin dalam menganalisis iklim mikro ekosistem hutan mangrove. Angin dapat mempengaruhi pola perubahan harian suhu udara dan kelembaban udara, suhu air dan dalam jangka panjang mempengaruhi struktur hutan mangrove yang berhadapan langsung dengan laut terbuka.
Penetrasi cahaya yang menyebabkan perubahan energi termal dan difusi termal antar komponen ekosistem, menjadi pertimbangan untuk penetapan variabel yang diteliti. Analisis komprehensif untuk karakterisasi iklim mikro hutan harus melibatkan indikator-indikator yang berkaitan langsung dengan perubahan energi cahaya dan energi termal pada komponen-komponen ekosistem, sebagaimana dikemu-kakan Davies-Colley et al (2000), Moore et al. (2005), dll.
2.4.2. Interaksi Antar Variabel Iklim Mikro
Variabel-variabel iklim mikro yang mengkarakterisasi ekosistem hutan (dan ekosistem lainnya) berkaitan satu sama lain. Perubahan harian variabel iklim mikro diawali oleh perubahan energi cahaya yang masuk ke bawah kanopi, mengikuti elevasi matahari. Energi cahaya dalam ekosistem hutan dihasilkan dari penetrasi langsung (melalui celah kanopi), difusi cahaya arah vertikal dan horizontal (Malanson and Carins 1995; Moore et al., 2005). Energi cahaya menghasilkan energi termal melalui proses absorbsi dan emisi oleh komponen ekosistem serta difusi antar komponen ekosistem dan antara ekosistem hutan dengan lingkungan berbatasan. Hal ini terbukti dari pengaruh variabel intensitas radiasi atau kuat penerangan terhadap variabel iklim mikro lainnya (suhu udara, kelembaban udara, suhu tanah, kelembaban tanah). Wales (1967) dan Raney (1977) yang dikutip Chen et al. (1993) mengemukakan bahwa iklim mikro sangat dipengaruhi orientasi tepi hutan terhadap lintasan matahari. Hasil penelitian Wales and Raney ini membuktikan bahwa penurunan variabel iklim mikro dari tepi ke bagian dalam hutan mengikuti penurunan radiasi matahari. Mereka juga mengemukakan bahwa radiasi matahari adalah satu satunya sumber energi yang perubahannya diikuti perubahan variabel iklim mikro seperti suhu udara, suhu tanah, kelembaban relatif. Chen et al. (1995) mengemukakan bahwa variabel suhu udara, kelembaban udara dan suhu tanah, berubah sepanjang waktu mengikuti penyinaran matahari.
Perubahan spasial variabel iklim mikro habitat tepi dan pola distribusi biota di dalamnya (Chen et al., 1993; Malanson and Carins, 1995; Gehlhausen et al., 2000; Gradstein, 2008) membuktikan bahwa penyinaran matahari merupakan faktor pengendali iklim mikro (Matlack, 1993; Moore et al., 2005; Hawley, 2010). Pada siang hari, besaran variabel suhu udara dan suhu tanah lebih tinggi di tempat terbuka kemudian menurun dengan bertambahnya jarak dari tepi ke dalam hutan (Chen et al., 1995; Gehlhausen et al., 2000; Newmark, 2001; Godefroid et al., 2006), mengikuti perubahan spasial energi cahaya dari tepi ke dalam hutan. Sebaliknya, besaran kelembaban udara dan kelembaban tanah bertambah dari tepi ke arah dalam
hutan (Breshears et al., 2009; Duniway et al., 2010) dikarenakan berkurangnya energi termal, sebagai akibat berkurangnya energi cahaya matahari. Perubahan variabel iklim mikro diikuti oleh perubahan-perubahan variabel fisis lainnya seperti evaporasi dan evapotranspirasi. Medeiros and Kjerfve (1993) dan Hollins and Ridd (1997) mengemukakan bahwa evaporasi dan evapotranspirasi dalam hutan mangrove dihasilkan dari gabungan efek penyinaran matahari, suhu udara, kelembaban udara dan angin.
Tugas pengembangan (kelompok)
1. Gambarkan dalam skema dan deskripsikan proses perubahan iklim mikro harian, mencakup penyinaran matahari, absorbsi termal, emisi termal, difusi termal, hingga terjadinya perubahan temporal dan apasial iklim mikro.
2. Jelaskan bentuk dasar perubahan temporal iklim mikro dan mengapa polanya seperti itu. Rumuskan bentuk umum fungsi matematisnya. 3. Jelaskan bentuk dasar variasi spasial iklim mikro, dan berikan
penjelasan mengapa bentuknya seperti itu. Rumuskan bentuk umum fungsi matematisnya.
4. Jelaskan perbedaan hutan dan hutan mangrove (sesuai karakteristik komponen ekosistem) dalam menyerap energi radiasi matahari dan mengemisi termal. Manakah yang lebih stabil, antara iklim mikro dalam hutan dengan dalam hutan mangrove?
5. Faktor apa saja yang diduga menentukan perbedaan perubahan temporal dan variasi spasial iklim mikro dalam hutan dan hutan mangrove.
6. Jelaskan pemanasan dalam ekosistem karena pengaruh penyinaran langsung dan proses difusi termal melalui bidang batas hutan.
7. Jelaskan pengaruh angin terhadap variasi spasial suhu udara dan kelembaban udara, berdasarkan proses difusi termal udara.
8. Jelaskan force diffusion energi termal antara lingkungan dengan ekosistem hutan dan apa asumsi yang digunakan untuk penerapan model difusi tunnak.
Tugas perorangan:
• Jelaskan bagaimana perubahan harian suhu dan kelembaban udara: (a) manakah yang tinggi antara siang dengan malam, (b) manakah yang tinggi antara tempat terbuka dengan di tengah hutan lebat.
• Jika suhu udara dalam hutan lebih tinggi dari tempat terbuka, bagaimanakah perbedaan suhu antara batas hutan dengan tengah hutan?. Mengapa demikian?
• Jelaskan konduksi panas dari permukaan ke lapisan di bawah permukaan tanah, dan bandingkan difusi termal udara dari daerah terbuka ke tengah hutan?
• Beberapa peneliti menyatakan bahwa iklim mikro merupakan indikator yang peka terhadap perubahan ekosistem hutan. Jelaskan bagaimana memonitor perubahan hutan akibat penebangan di bagian dalam?
BAB 3
HABITAT TEPI DAN PARAMETER IKLIM MIKRO
3.1. Habitat Tepi
Dalam mengkarakterisasi iklim mikro hutan, para peneliti melakukan pengamatan atau pengukuran pada bagian tepi hingga kedalaman tertentu dalam hutan. Fokus perhatian peneliti pada area sekitar tepi hutan dikarenakan pada area inilah terjadi perubahan harian iklim mikro dan aktivitas biota yang signifikan. Habitat tepi sering juga disebut tepi hutan, adalah suatu area transisi dari keadaan luar ke keadaan dalam hutan. Menurut Godefroid and Koedam (2003), Spittlehouse et al. (2004), tepi hutan adalah zona transisi antar habitat berbeda yang juga dikenal sebagai ekoton. Kondisi habitat tepi merupakan transisi antara kondisi dalam hutan dengan kondisi ruang terbuka atau lingkungan berbatasan (Godefroid and Koedam,2003; Ries et al. 2004; Spittlehouse et al., 2004), yang diketahui menjadi habitat dari berbagai spesies biota (Gehlhausen et al., 2000). Dalam buku ini digunakan istilah habitat tepi, untuk membedakan dengan istilah tepi hutan, yang secara fisis merupakan bidang batas (vertikal) antara hutan dengan lingkungan atau antar tambalan. Penggunaan istilah ini, juga disesuaikan dengan fokus pembahasan difusi termal, serta kaitannya dengan difusi spesies biota.
Tujuan Instruksional
Setelah mempelajari topik habitat tepi dan parameter iklim mikro, mahasiswa mampu:
1. Merumuskan batasan habitat tepi berdasarkan variabel iklim mikro 2. Menjelaskan pengaruh iklim mikro terhadap keberadaan spesies
dalam habitat tepi.
3. Menjelaskan pentingnya informasi yang dapat diperoleh dari parameter-parameter kuantitatif iklim mikro hutan.
4. Menjelaskan perubahan habitat tepi karena perubahan struktur hutan dan lingkungan.
5. Menjelaskan secara matematis efek tepi dan gradient sebagai parameter kuantitatif iklim mikro hutan.
6. Menginterpretasi perubahan gradient di tepi dari waktu ke waktu sepanjang hari.
7. Menjelaskan fenomena aliran fluks energi termal antara ekosistem dengan lingkungan berdasarkan gradient variabel iklim mikro di tepi hutan.