URBAN HEAT ISLAND ; SEBUAH KAJIAN PUSTAKA
Oleh:
I G. A. A. Rai Asmiwyati
PROGRAM STUDI ARSITEKTUR PERTAMANAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS UDAYANA
2018
2
KATA PENGANTAR
Panas pulau perkotaan atau yang lebih dikenal dengan istilah urban heat island (UHI) semakin mendapat perhatian seiring dengan isu perubahan iklim yang melanda dunia. Tulisan ini mengkaji pustaka mengenai pemahaman tentang efek panas pulau perkotaan dan faktor yang mempengaruhinya serta pengukuran UHI dengan menggunakan indikator suhu permukaan melalui teknik penginderaan jauh. Peranan vegetasi juga dikaji sebagai dasar pengembangan dan pengelolaan ruang terbuka hijau kota yang semakin berkurang dewasa ini karena telah beralih menjadi perkerasan untuk memitigasi dampak UHI. Kajian pustaka ini mengutip bagian bab studi pustaka dari tesis penulis sebagai syarat menyelesaikan studi S3 di Curtin University, yang berjudul Impact of Land Use Change on Urban Surface Temperature and Urban Green Space Planning; A case Study of The Island of Bali, Indonesia. Penggunaan bahasa Indonesia dalam tulisan ini diharapkan dapat memudahkan pemahaman pembaca yang mengalami kesulitan dan membaca literatur mengenai UHI yang berbahasa Inggris. Semoga bermanfaat.
3
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR………..……… 2
DAFTAR ISI………..……… 3
DAFTAR GAMBAR……….……….………. 4
I. PENDAHULUAN……….……….. 5
II. TINJAUAN PUSTAKA……….……….……….. 7
2.1 Struktur spasial UHIs……….. 7
2.1.1 Lapisan batas UHI………..………... 7
2.1.2 Pulau panas di lapisan kanopi perkotaan (urban canopy layer/UCL)……….. 8
2.1.3 Permukaan UHI ………. 11
2.1.4 Pengukuran UHI……… 11
2.2 Faktor pembentuk UHI………. 14
2.2.1 Keseimbangan energi permukaan……… 15
2.2.2 Permukaan vegetatif dalam pembentukan UHI……….. 15
2.2.3 Permukaan yang tidak rata dan formasi UHI……… 16
2.2.4 Panas dan polutan antropogenik ………. 19
2.3 Perencanaan ruang hijau untuk mitigasi UHI……….. 20
2.3.1 Karakteristik ruang hijau………. 20
2.3.2 Indeks penutupan vegetasi sebagai indikator kondisi vegetasi dan dampaknya pada suhu permukaan………..………. 22
III SIMPULAN……… 26
DAFTAR PUSTAKA……….… 27
4
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur vertikal spasial atmosfer kota pada (a) keseluruhan kota (skala meso), (b) daerah LULC (skala lokal) dan c) lembah jalan (skala mikro). Ketiga tipe UHI yang terhubung ke setiap skala terletak pada area yang berbayang merah (garis tebal mengikuti permukaan pada (b)) (Oke, 1988; Voogt dan Oke, 2003; Roth,
2013) ……….. 8
Gambar 2.2 Fluktuasi intensitas UHI bervariasi di daerah LULC yang berbeda dan pada waktu yang berbeda (Roth et al., 1989; Voogt & Oke, 2003).. 10 Gambar 2.3 Faktor yang mempengaruhi UHI (Aguiar, 2012)……… 14 Gambar 2.4 Dampak permukaan kasar pada formasi UHI (Voogt and Oke,
2003……… 19
Gambar 2.5 Kapasitas ruang terbuka hijau untuk adaptasi iklim (Matthews, 2015)……… 22 Gambar 2.6 Penurunan Ruang Terbuka Hijau dan Dampaknya pada pemukaan
perkerasan (USEPA,2009)……… 23 Gambar 2.7 Dampak Aforestasi pada Sifat Suhu Permukaan Ruang Terbuka
Hijau……… 25
5
I PENDAHULUAN
Pertumbuhan area kota yang meningkat pesat menyebabkan perubahan penggunaan lahan kawasan terbuka terutama kawasan yang bervegetasi menjadi kawasan perkerasan secara meluas dan memicu keseimbangan energi mikro permukaan lahan. Perubahan kawasan perkerasan inilah yang kemudian memicu meningkatnya suhu permukaan lahan (Yuen and Kong, 2009), yaitu suatu indikator penting untuk menilai prilaku suhu kota. Suhu permukaan lahan ditentukan oleh flux energi antara permukaan dan atmosfer, sehingga adanya pengukuran suhu permukaan yang didorong oleh perubahan lahan dapat mengindikasikan tentang perluasan penyebaran suhu terkait dengan perubahan penggunaan lahan oleh manusia.
Peningkatan suhu permukaan lahan di kota memicu terbentuknya pulau panas perkotaan atau Urban Heat Islands (UHIs), yaitu suatu kondisi dimana kawasan perkotaan menunjukkan suhu permukaan yang lebih tinggi dibandingkan dengan kawasan di sekitarnya (Buyantuyev and Wu, 2009). UHIs adalah hasil langsung dari degradasi kawasan perkotaan yang sangat terkait dengan menurunnya kualitas udara, dampak negatif pada kesehatan dan kesejahteraan masyarakat. Dampak sekundernya pada iklim mikro termasuk mengubah pola angin, menyebabkan terjadinya kabut dan asap, meningkatnya kelembaban dan curah (Kim, 2007).
Istilah UHI umumnya mengacu pada munculnya beberapa iklim mikro dan meso yang lebih hangat daripada iklim asli pada skala itu, dibandingkan dengan kawasan sekitarnya (Zhou and Wang, 2011). Voogt (2004) mengacu pada UHI sebagai isoterm tertutup yang menunjukkan daerah di permukaan atau
6 di dekat tanah (lapisan kanopi) yang memiliki suhu udara yang relatif hangat dan umumnya terkait dengan aktifitas manusia yang padat seperti kota. Ukuran dan bentuk UHI ini bervariasi dalam ruang dan waktu sebagai akibat karakteristik meteorologi, regional dan kota. Ini berarti formasi UHI sangat dipengaruhi oleh karakteristik penggunaan lahan masing-masing kota.
7
II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Struktur spasial UHIs
Ukuran UHI lebih terkait dengan jumlah dan jenis pembangunan kota daripada ukuran sebenarnya dari kota atau populasi (Xian & Crane, 2006). Ini berarti bahwa kota-kota besar yang tumbuh cepat dan kecil di negara-negara berkembang mungkin memiliki lebih banyak UHI daripada kota-kota besar dan tua yang berada di negara maju (Weng, 2009). Lokasi perkotaan dengan tren urbanisasi yang terus berlanjut mengalami kenaikan suhu yang dramatis karena menurunnya kelembaban permukaan dan tutupan vegetasi fraksional (Owen et al., 1998).
UHI terjadi di berbagai tingkat atmosfer dan permukaan lingkungan perkotaan dan memiliki mekanisme dasar yang sedikit berbeda (Mitchell, 2011).
Umumnya ada dua tipe dasar UHI; UHI atmosfir yang ada di lapisan kanopi perkotaan (UCL) dan lapisan batas perkotaan (UBL), serta permukaan UHI (SUHI) (Voogt dan Oke, 2003). Jenis-jenis UHI berbeda dalam proses pembentukannya, teknik yang diterapkan untuk mengukurnya, dampaknya dan, metode yang tersedia untuk menguranginya (Oke, 1988). Gambar 2.1 menunjukkan struktur spasial berbagai efek UHI.
2.1.1 Lapisan batas UHI
Peningkatan suhu udara perkotaan di lapisan batas perkotaan (UBL) (Gambar 2.1 (a)) menghasilkan kubah udara yang memanjang searah angin (Voogt, 2004). Saat udara mengalir dari daerah pedesaan ke daerah perkotaan, lapisan batas UHI paling besar terjadi di bawah angin sepoi-sepoi saat inversi permukaan pedesaan yang kuat. Sebaliknya, lapisan batas UHI paling kecil
8 terjadi di bawah angin kencang saat penyebaran suhu udara vertikal lebih seragam. Lapisan batas pulau panas lapisan batas adalah fenomena skala lokal- ke-meso (Roth, 2013).
Gambar 2.1 Struktur vertikal spasial atmosfer kota pada (a) keseluruhan kota (skala meso), (b) daerah LULC (skala lokal) dan c) lembah jalan (skala mikro). Ketiga tipe UHI yang terhubung ke setiap skala terletak pada area yang berbayang merah (garis tebal mengikuti permukaan pada (b)) (Oke, 1988; Voogt dan Oke, 2003; Roth, 2013;
Asmiwyati, 2016).
c. Micro scale
Micro scale b) Local scale
9 2.1.2 Pulau panas di lapisan kanopi perkotaan (urban canopy layer/UCL)
Pulau panas di lapisan kanopi perkotaan (UCL) perkotaan adalah fenomena berskala lokal yang terletak di daerah yang dimulai dari tanah, atau tepat di atas permukaan tanah, dan meluas sampai sekitar tinggi pohon dan bangunan atau atap-tingkat atas (Voogt dan Oke, 2003). Selain itu, pulau panas lapisan kanopi mengekspresikan keseimbangan energi permukaan dan ini mempengaruhi volume udara di dalam lembah jalanan perkotaan (Roth, 2013).
Lembah jalanan kota dapat dipahami sebagai ruang antara dua deret sejajar bangunan yang dipisahkan oleh jalan dan merupakan unit utama di kota baru (Syrios & Hunt, 2008). Proses aliran udara yang dikenal sebagai jebakan (trap), serta beberapa refleksi radiasi, terjadi di UHI UCL (Collier, 2006). Di atas UCL, ada lapisan bangun turbulen yang disebut lapisan kekasaran (Gambar 2.1 (b)) di mana terjadi lapisan bangun dan batas kota dari bangunan individu, kelompok bangunan, gumpalan panas, polutan dan kelembaban (Collier, 2006).
Perbedaan suhu udara pedesaan-perkotaan yang diukur di lapisan kanopi menunjukkan variasi temporal dan spasial yang luar biasa di dalam kota dan bervariasi dari satu kota ke kota lainnya. Selain itu, variabilitas diurnal dari pulau panas lapisan kanopi juga sangat terasa (Roth, 2013). UHI yang paling kuat sering terjadi pada malam musim panas karena permukaan konstruksi yang tidak biasa menyerap radiasi matahari dalam jumlah tinggi di siang hari dan memiliki konduktivitas dan kapasitas termal yang lebih tinggi untuk melepaskan panas yang tersimpan di malam hari (Xian & Crane, 2006), sementara sebagian besar permukaan di pedesaan telah didinginkan. Pada siang hari, energi matahari diserap oleh permukaan di pedesaan dan perkotaan. Pemanasan
10 permukaan vegetasi di pedesaan terjadi lebih lambat, sehingga menyebabkan perbedaan suhu permukaan antara kedua area.
Dalam dimensi vertikal skala meso dan lokal di atmosfer perkotaan, UHI atmosfir menyajikan variasi yang signifikan antara UCL (lapisan kanopi perkotaan) dan urban boundary layer/UBL (lapisan batas perkotaan). UHI atmosfir yang dicatat di lapisan kanopi mungkin menunjukkan variasi spatiotemporal yang lebih tinggi karena sifat termal permukaan kawasan terbangun yang memodifikasi suhu udara di sekitarnya. Sebaliknya, variasi UHI di UBL mungkin tetap lebih stabil karena kurang dipengaruhi oleh struktur kota (Voogt, 2004). Gambar 2.2 menunjukkan fluktuasi intensitas UHI yang bervariasi di kawasan dengan penggunaan lahan yang berbeda.
Gambar 2.2 Fluktuasi intensitas UHI bervariasi di daerah LULC yang berbeda dan pada waktu yang berbeda (Roth et al., 1989; Voogt & Oke, 2003)
11 2.1.3 Permukaan UHI
Meskipun suhu permukaan tidak sama dengan suhu udara, namun merupakan faktor penyebab utama suhu dasar dan merupakan faktor penting yang mengendalikan lingkungan termal perkotaan (Mitchel, 2011). SUHI menggambarkan pulau panas yang bisa dideteksi dari suhu permukaan tanah (LST) (Voogt dan Oke, 2003). SUHI ada di seluruh amplop permukaan tiga dimensi (3-D) dan dikenali sebagai fenomena keseimbangan energi permukaan yang melibatkan semua fitur kota (yaitu, jalan, atap, dinding, pohon) (Roth, 2013). Suhu permukaan dalam fenomena skala mikro yang biasa dikenal dengan Micro Urban Heat Island (MUHI) dicirikan oleh SUHI kecil yang terkait dengan suhu struktur individu atau kelompok struktur (Mitchell, 2011). Skala spasial mikro sering terjadi dari skala meter hingga 1 km dan skala spasial lokal terjadi dari 100 m sampai 50 km (Roth, 2013). Dengan demikian, tumpang tindih antara kedua skala itu bisa terjadi. Konsekuensinya, untuk mempelajari SUHI pada skala mikro, resolusi terendah citra termal yang dapat digunakan adalah 90 m sampai 1 km. Studi SUHI yang sama pada skala mikro digunakan oleh Mitchell (2011) pada skala lokal yang membentang dari 1 km sampai 20 km.
Pola MUHI sangat diatur oleh orientasi fitur permukaan ke langit dan matahari dan karakteristik termalnya, seperti kapasitas panas dan sifat reflektif (albedo) (Roth, 2013). Karena kondisi tersebut, dan heterogenitas struktur permukaan yang kuat (yaitu, vegetasi, bangunan, tanah terbuka), LST menjadi fenomena non-konstan dan sering menampilkan variasi cepat yang berfluktuasi dalam intensitas dan distribusi spasial dari waktu ke waktu. Selain itu, fluktuasi temporal adalah diurnal, mingguan dan musiman dengan variabilitas musiman
12 tergantung pada garis lintang, pola pemanasan harian dan tutupan awan di daerah (Oke, 1988).
LST di lokasi tertentu dipengaruhi oleh radiasi permukaan dan pertukaran energi dan seringkali terkuat selama siang hari karena perbedaan besar dalam respon pemanasan matahari antara permukaan vegetasi dan permukaan atap atau perkerasan (Roth, 2013). Jumlah radiasi matahari yang diserap dan dipantulkan kembali ke atmosfir sangat dipengaruhi oleh material permukaan. Beberapa bahan menyerap lebih banyak energi sementara bahan lainnya merefleksikan lebih banyak energi. Misalnya, vegetasi menyerap lebih banyak energi daripada tanah terbuka dan hutan biasanya lebih sejuk daripada lapangan terbuka. Pada malam hari, beberapa proses berkurang, dan oleh karena itu, perbedaan LST perkotaan-pedesaan lebih kecil dari pada siang hari (Roth, 2013) (Gambar 2.2).
2.1.4 Pengukuran UHI
Secara tradisional, data suhu atmosfer untuk studi UHI diukur langsung dari stasiun klimatologi atau dikumpulkan sepanjang jalur bergerak oleh termometer. Namun metode ini tidak efisien untuk mendapatkan distribusi spasial suhu yang terperinci karena lokasi yang terbatas untuk mengukur suhu atmosfer (Zhang & Wang, 2008). Penilaian langsung terhadap UHI atmosfer menjadi dimungkinkan melalui teknologi RS. Sensor RS hanya dapat menilai suhu udara pada skala khusus (Colombi et al., 2007) dan ketinggian yang lebih tinggi atau pada lapisan batas (Voogt dan Oke, 2003). Selain digunakan untuk mengukur suhu udara, sensor RS dengan data penginderaan jarak jauh termal juga digunakan untuk memperoleh distribusi suhu UHI di permukaan karena
13 sensor RS biasanya mengamati radiasi termal di permukaan. Ini merupakan metode pengukuran tidak langsung dari UHI karena UHI sebenarnya merupakan fenomena suhu udara di atmosfer.
Suhu udara cenderung lebih rendah dari suhu permukaan dan korelasi siang hari antara LST dan LULC jauh lebih kuat daripada suhu udara (Roth, 2013). Mengaitkan LST dan suhu udara cukup rumit karena variabilitasnya sulit diprediksi dan bergantung pada faktor-faktor seperti albedo, emisivitas, kapasitas termal permukaan, kecepatan angin dan tingkat kelembaban atmosfer (Roth, 2013). Apalagi tidak ada hubungan sederhana dan umum yang tersedia (Mitchell, 2011). Akibatnya, mudah salah menafsirkan pulau panas di lapisan kanopi menggunakan penilaian LST tanpa memeriksa daerah sumber yang berbeda untuk dua penilaian dan efek atmosfer yang mempengaruhi suhu udara (Roth, 2013). Untuk mengatasi masalah ini dan mempertimbangkan sifat LULC, ekstraksi LST dari data penginderaan jarak jauh dengan menggunakan fungsi Plank memerlukan penyesuaian untuk emisivitas spektral (Artis dan Carnahan, 1982). LAMPs yang dikoreksi emisivitasnya dapat diterapkan dengan memperkirakan emisivitas permukaan tanah yang dapat diperoleh dengan menggunakan ambang NDVI (Oltra-Carrio et al., 2012). Selain itu, untuk memperbaiki perbedaan tahun dan faktor musiman dari kumpulan data multi temporal, standardisasi LST juga diperlukan. Hal ini diperlukan untuk mengakomodasi konsistensi temporal dan kelengkapan spasial dari perbandingan dataset (Salama et al., 2012).
14 2.2 Faktor pembentuk UHI
Banyak faktor yang berkontribusi terhadap karakteristik spasial formasi UHI yang juga dapat dikaitkan dengan upaya mitigasi UHI. Gambar 2.3 menunjukkan faktor-faktor pembentuk UHI dengan energi matahari sebagai energi penggerak utamanya. Faktor-faktor ini pada umumnya dapat dibagi menjadi faktor-faktor yang dapat dikendalikan yang dipengaruhi oleh fitur daerah perkotaan dan faktor yang tidak terkendali (Aguiar, 2012). Proses rinci dari faktor-faktor yang mempengaruhi dalam menciptakan efek UHI harus dijelaskan bersama dengan sifat fisik faktor-faktor yang dapat dikontrol. Ini karena upaya mitigasi difokuskan untuk mengubah faktor yang terkendali, terutama melalui peningkatan ruang hijau, adalah yang paling layak dilakukan di negara-negara berkembang dimana sebagian besar ruang hijau di sekitar infrastruktur yang ada masih terbuka dan elemen struktural kota masih dapat diubah.
Gambar 2.3 Faktor yang mempengaruhi pembentukan UHI (Aguiar, 2012)
Urban function (linked to population) Anthropogenic heat and pollutants
Uncontrollable factors:
Time:
Synoptic weather:
-Cloud cover -Wind Geographic location:
-Climate -Topography Controllable factors:
Corresponding to the UHI mitigation
Urban structure/form
Vegetative/green space Building materials
Urban geometry
Urban size
UHI Sun
15 2.2.1 Keseimbangan energi permukaan
UHI sangat peka terhadap arus energi dan air dalam usaha mencapai keseimbangan simpanan energi permukaan. Persamaan untuk mengukur keseimbangan aliran energi keluar dan masuk diberikan oleh simpanan energi permukaan. Energi permukaan antara daerah perkotaan dan pedesaan berbeda karena perbedaan penggunaan lahan, tingkat aktivitas manusia dan karakteristik permukaan (USA EPA, 2009). Perbedaan ini mempengaruhi produksi dan aliran panas yang menyebabkan suhu udara dan LST berbeda di kota dan daerah pedesaan.
Radiasi gelombang pendek mengacu pada energi radiasi dalam panjang gelombang 0,1 μm dan 5,0 μm pada spektra terlihat (VIS), dekat ultraviolet dekat (UV), dan inframerah-dekat (NIR) dan radiasi gelombang panjang adalah energi yang memancar dari bumi sebagai radiasi inframerah dengan energi rendah ke ruang angkasa (Sundstrom, 2014). Baik energi gelombang pendek yang masuk maupun energi gelombang panjang yang dipantulkan harus diimbangi melalui proses memancarkan energi, konduksi panas dan penguapan.
Sifat permukaan tertentu, termasuk albedo, emisivitas dan kelembaban tanah, menentukan jumlah energi yang tersedia untuk panas laten, yang dipancarkan atau dipantulkan (USA EPA, 2009). Ketika permukaan memiliki lebih banyak energi daripada lingkungannya, mereka mengeluarkan panas (Iguski dan Jackson, 2008) dan semakin panas permukaannya, semakin banyak energi yang dipancarkannya (USA EPA, 2009).
2.2.2 Permukaan vegetatif dalam pembentukan UHI
Vegetasi dapat mempengaruhi jumlah dan jenis energi yang dipertukarkan antara daratan dan atmosfer karena vegetasi menyerap karbon
16 dioksida untuk fotosintesis dan mengeluarkan air dalam proses yang disebut evapotranspirasi. Proses ini dapat mengurangi suhu permukaan dan udara lokal serta mengurangi efek UHI. Untuk menyeimbangkan anggaran energi, perubahan energi dan atau penguapan yang akan datang menyebabkan perubahan suhu permukaan. Pada permukaan vegetatif, penguapan terjadi selama konversi air dari cairan ke gas di tanah sekitar vegetasi. Vegetasi mengatur suhunya dengan menggunakan energi yang diserap dengan konduktansi stomata dan transpirasi (Igusky dan Jackson, 2008), sedangkan kelembaban pada permukaan tanah mempengaruhi ketersediaan panas laten untuk mengendalikan penguapan (Kessler dan Jaeger, 1999). Uap air yang dilepaskan melalui evaporasi menyimpan panas laten yang saat dilepaskan mengembun di atmosfer dan mengeluarkan air yang menurunkan suhu udara (Kessler dan Jaeger, 1999). Panas laten biasanya terlepas ke atmosfer saat air diuapkan dan panas laten berubah menjadi panas sensible saat air melalui fasa dari uap air menjadi air cair (FAO, 2005). Fluks mengacu pada laju aliran di mana energi dipindahkan dan fluks energi bersih setiap permukaan dipengaruhi oleh sifat fisik permukaan tanah (Snyder dkk., 2005) yang bervariasi antara jenis penggunaan lahan yang berbeda.
2.2.3 Permukaan yang tidak rata dan formasi UHI
Dibandingkan dengan vegetasi yang sebagian besar mencakup daerah pedesaan, permukaan yang tidak rata di daerah perkotaan, seperti atap, bangunan, dan tempat parkir mencerminkan radiasi gelombang panjang yang lebih sedikit kembali ke atmosfer. Penyimpanan termal diatur oleh sifat termal geometri perkotaan dan sifat bahan bangunan seperti ditunjukkan di bawah ini:
17 a) Sifat material bangunan
Bahan permukaan bangunan penting dalam menentukan interaksi antara permukaan dan radiasi matahari yang masuk. Sifat fisik bahan bangunan (yaitu albedo, pantulan matahari, emisivitas, kapasitas panas, konduktivitas termal) mempengaruhi pembentukan UHI. Sifat ini bertanggung jawab untuk pemanasan permukaan (Golden dan Kaloush, 2006) dan menentukan jumlah radiasi matahari yang tercermin, dipancarkan dan diserap (US EPA, 2009).
Permukaan bangunan dengan pantulan matahari yang tinggi dapat mencerminkan sebagian besar energi panas yang masuk. Oleh karena itu, sedikit panas yang diserap dan disimpan dalam objek dan sebaliknya. Dengan permukaan yang lebih tahan lama, panas yang diserap akan meningkatkan suhu permukaan dan berkontribusi pada pembentukan UHI permukaan dan atmosfir.
Refleksi matahari berkorelasi kuat dengan warna material karena kebanyakan energi matahari hadir dalam panjang gelombang yang terlihat. Bangunan yang lebih gelap cenderung memiliki pantulan matahari dan albedo yang lebih rendah daripada bangunan yang lebih cerah. Oleh karena itu, bahan berwarna terang lebih merefleksikan energi matahari yang datang daripada benda gelap yang menyerap hampir sebagian besar energi matahari yang dating. Karena itu, atap bangunan bisa didesain untuk mengurangi jumlah panas yang ditransfer langsung ke bangunan dengan menggunakan bahan dan warna albedo yang tinggi (Aguiar, 2012). Atap gelap, yang menyerap sebagian besar radiasi matahari yang masuk, dapat memanaskan rumah dan area sekitarnya dan meningkatkan konsumsi energi yang dibutuhkan untuk pendinginan.
18 b) Geometri kota
Geometri perkotaan menggambarkan dimensi dan jarak bangunan di dalam kota dan mempengaruhi pembentukan UHI terutama pada malam hari.
Geometri kota menentukan arus angin dan mempengaruhi radiasi matahari yang bisa diterima dan diserap sekaligus dipancarkan kembali ke atmosfer sebagai radiasi gelombang panjang (US EPA, 2009).
Ngarai perkotaan, seperti yang dijelaskan di atas, adalah salah satu aspek geometri perkotaan (Sundara Kumar et al., 2012). Geometri perkotaan dapat menyebabkan radiasi gelombang pendek yang masuk tercermin pada permukaan yang dekat, seperti dinding vertikal di dalam ngarai perkotaan.
Radiasi gelombang pendek yang dipantulkan kemudian diserap atau disimpan daripada dipancarkan ke atmosfer sebagai radiasi gelombang panjang atau panas. Akibatnya, bangunan cenderung memiliki suhu permukaan siang hari yang tinggi. Dalam proses ini, angin yang sampai ke dalam kota cenderung mengalir lebih lambat dan menyebabkan turbulensi di dalam ngarai jalanan.
Pada malam hari, karena bangunan padat di kota-kota maju dengan faktor pemandangan langit rendah (SVF), radiasi gelombang panjang yang tersimpan tidak mudah dilepaskan ke atmosfer (Gambar 2.4). Panas yang terperangkap ini kemudian memberi kontribusi pada UHI. Suhu udara di atas pusat kota terutama pada malam hari lebih hangat daripada suhu udara di daerah pedesaan (US EPA, 2009). Selanjutnya, radiasi gelombang pendek yang masuk diserap permukaan tanah seperti jalan dan trotoar tidak mudah dilepaskan dari kawasan perkotaan. Oleh karena itu, benda fisik seperti bangunan menyerap sebagian besar panas yang dipancarkan dari tanah, menjaga panas di dalam kota. Di kota yang terencana, untuk mengurangi
19 pembentukan UHI, ngarai jalanan perkotaan dibangun sedemikian rupa sehingga memungkinkan aliran udara yang baik antara bangunan, sehingga memungkinkan permukaan untuk melepaskan radiasi lebih mudah ke atmosfer.
Gambar 2.4. Dampak permukaan kasar pada formasi UHI (Voogt and Oke, 2003).
2.2.4 Panas dan polutan antropogenik
Panas dan polutan antropogenik dianggap sebagai kontributor sekunder yang mempengaruhi UHI atmosfer (Ferreira et al., 2010). Panas antropogenik mengacu pada panas yang dihasilkan dari aktivitas manusia seperti dari fasilitas industri, kendaraan bermotor, AC, dan berbagai sumber manusia lainnya yang berkontribusi terhadap anggaran energi. Panas atropogenik bervariasi menurut aktivitas dan infrastruktur perkotaan dan biasanya berkontribusi pada pembentukan UHI di daerah perkotaan yang padat. Pengurangan panas limbah melalui pengurangan penggunaan sumber listrik merupakan upaya yang mungkin untuk mengurangi efek UHI.
Thermal storage
Short-wave radiation Long-wave radiation
SVF
20 2.3 Perencanaan ruang hijau untuk mitigasi UHI
Ruang hijau memainkan peran penting dalam mengendalikan suhu, terutama di daerah perkotaan. Ruang hijau dapat dipahami sebagai area yang ditutupi oleh vegetasi yang ditanam dan alami di daerah yang dibangun dan direncanakan dan terdiri dari permukaan permeabel (yaitu rumput, tanah terbuka, semak, dan pohon) (Jim dan Chen, 2003). Ruang hijau perkotaan ada sebagai daerah semi alami, seperti taman dan taman yang dikelola yang disediakan oleh kantong vegetatif terpisah yang terhubung dengan tempat jalan dan anak perusahaan (Jim dan Chen, 2003).
Di Indonesia, UU 26 tentang Penataan Ruang tahun 2007 mendefinisikan ruang hijau sebagai lahan terbuka bagi tanaman, baik secara alami maupun sengaja ditanam, untuk tumbuh. Jenis ruang hijau perkotaan meliputi area rekreasi, sabuk hijau di tepi sungai atau di sepanjang pantai, lahan pertanian, hutan kota, kebun raya, tempat pembibitan dan taman hunian.
Undang-undang ini juga mengatur bahwa, untuk mengendalikan aktivitas manusia dan pembangunan perkotaan, setidaknya 30% wilayah perkotaan harus ditetapkan sebagai ruang hijau terbuka (Kementerian Pekerjaan Umum Indonesia, 2010). Karena ruang hijau telah terbukti mengurangi UHI secara langsung (Feizizadeh et al., 2013), hubungan kausal antara LST dan perubahan ruang hijau diperlukan untuk merencanakan dan mengelola ruang hijau.
2.3.1 Karakteristik ruang hijau
Sejumlah penelitian menunjukkan bahwa peningkatan proporsi tutupan vegetasi dapat menurunkan LST secara signifikan karena peningkatan ukuran ruang hijau mempengaruhi peningkatan vegetasi yang dapat mendinginkan suhu permukaan siang hari. Selain itu, perlu hati-hati mempertimbangkan lokasi
21 penanaman pohon untuk mencapai potensi manfaat iklim. Informasi tentang karakteristik vegetasi diperlukan untuk memahami anggaran energi permukaan dan pengaruhnya terhadap iklim lokal dan regional. Luas minimum (ukuran) dan struktur (populasi, ukuran, dan jenis tanaman terpilih) ruang hijau merupakan karakteristik penting dalam mengoptimalkan perencanaan ruang hijau untuk perbaikan iklim lokal (Kementerian Pekerjaan Umum Indonesia, 2010).
Menurut Matthews (2015), perencanaan, perancangan dan pengelolaan infrastruktur ruang hijau untuk adaptasi perubahan iklim harus mengenali beberapa alasan yang terkait dengan infrastruktur hijau. Mereka termasuk skala lahan yang dapat digunakan untuk penghijauan (yaitu atap, dinding bangunan, blok kota), riwayat lokasi, pemadatan tanah, masalah drainase, teknik struktural, masalah geologi dan zona iklim (yaitu suhu, presipitasi, efek angin). Pilihan vegetasi yang digunakan juga penting, termasuk strukturnya, bentuk pertumbuhan dan batas toleransi. Misalnya, groundcovers membutuhkan air, cahaya, nutrisi, suhu dan massa akar yang berbeda, dibandingkan dengan pohon daun lebar. Setiap jenis vegetasi memiliki tingkat pertumbuhan, tingkat resistensi penyakit, dan kapasitas yang berbeda untuk menyediakan layanan biogenik (misalnya menyerap karbon, menyaring air, menurunkan suhu lingkungan).
Dengan demikian, agar memiliki hasil penghijauan yang maksimal, faktor biofisik vegetasi yang akan digunakan untuk penghijauan perkotaan harus dipertimbangkan. Meskipun ada faktor biofisik, infrastruktur ruang hijau yang sukses untuk mengurangi perubahan iklim ditentukan oleh kapasitas lembaga dan kelembagaan yang sering diabaikan sementara mereka memiliki peran penting dalam pengambilan keputusan dan koordinasi lintas departemen dalam
22 membuat intervensi infrastruktur ruang hijau yang efektif (Matthews, 2015).
Gambar 2.5 menunjukkan kapasitas ruang terbuka hijau untuk adaptasi iklim.
Gambar 2.5. Kapasitas ruang terbuka hijau untuk adaptasi iklim (Matthews, 2015).
2.3.2 Indeks penutupan vegetasi sebagai indikator kondisi vegetasi dan dampaknya pada suhu permukaan
Daerah yang lebih vegetatif memiliki tingkat pertukaran panas laten yang lebih tinggi (Oke, 1988). Diketahui bahwa indeks vegetasi seperti NDVI yang diperoleh dari citra RS dapat digunakan untuk menilai tutupan vegetasi dan sangat ideal untuk mewakili kondisi vegetasi (Chen et al., 2006). Latar belakang dan bayangan tanah, spesies tanaman, dan daerah daun berkontribusi pada variabilitas NDVI. Hal ini juga memungkinkan untuk menggunakan NDVI untuk mengkarakterisasi jenis LULC sehingga membangun hubungan antara NDVI dan LST. Pengukuran NDVI adalah fungsi reflektansi dekat-inframerah dan terlihat
23 dari tanaman dengan Persamaan. (2.1) dan umumnya digunakan untuk mengekspresikan kepadatan vegetasi (Xiao dan Weng, 2007).
NDVI = (NIR – R)/(NIR + R) (2.1)
Permukaan vegetatif memanfaatkan radiasi matahari untuk transpirasi dan melepaskan uap air yang berkontribusi pada penurunan suhu udara. Namun, permukaan perkerasan biasanya menggantikan vegetasi di seluruh kota.
Permukaan vegetasi memiliki sifat yang berbeda, perubahan apapun terhadapnya tidak hanya mengubah sifat fisik permukaan, tetapi juga mengubah kondisi iklim lokal seperti kecepatan angin, kelembaban, dan suhu udara (Rost and Mayer, 2006), yang berpotensi meningkatkan kemungkinan terjadinya panas permukaan Gambar 2.6 menunjukkan perbedaan dampak antara ruang hijau dan permukaan tahan terhadap proses ET, infiltrasi dan run off.
Gambar 2.6. Penurunan Ruang Terbuka Hijau dan Dampaknya pada pemukaan perkerasan (US EPA, 2009)
24 Penghijauan atau aforestasi harus memberikan efek pendinginan.
Peningkatan tutupan vegetasi mempengaruhi anggaran energi permukaan, LST dan suhu udara dengan mendistribusi ulang energi permukaan (Ma et al 2013).
Ma et al., (2013) menyatakan bahwa pengaruh perubahan peningkatan tutupan vegetasi pada iklim jangka pendek menunjukkan bahwa LST rata-rata tahunan mengalami penurunan signifikan sebesar 0,93 ºC. Studi lain menunjukkan bahwa aforestasi dapat menurunkan LST sekitar 1,1 ± 0,5 ºC (rata-rata ± 1 SD), rata-rata (Peng et al., 2014). Di sisi lain, hilangnya pohon yang digantikan oleh permukaan yang tidak rata dapat meningkatkan LST secara signifikan di lingkungan sekitar (Rogan, 2013). Daerah vegetasi yang menurun atau terfragmentasi menyebabkan penurunan penguapan permukaan yang menyebabkan peningkatan LST (Deo, 2011).
Sebuah studi oleh Tursilowati dkk. (2012) yang menggabungkan pemodelan data konduktivitas LULC dan udara menyimpulkan bahwa pengurangan yang signifikan pada daerah UHI dapat dicapai dengan meluaskan penanaman rumput. Namun, studi perbandingan lain oleh Swann dkk., (2010) menunjukkan bahwa dibandingkan dengan padang rumput, hutan (terkait dengan pohon kayu), dapat memberikan keuntungan lebih besar dalam hal efek pendinginan permukaan langsung. Hutan yang dikonversi ke padang rumput dan lahan panen juga menunjukkan kenaikan suhu permukaan 3-5 ºC (Hollinger et al., 2010). Warna pohon kayu lebih gelap dari pada padang rumput (albedo rendah) yang menyebabkan pohon menyerap lebih banyak energi matahari untuk digunakan untuk transpirasi dan pembentukan uap air lebih banyak (Swann et al., 2010). Dengan demikian, efek pendinginan vegetasi terutama didorong oleh peningkatan evaoptranspirasi yang dihasilkan oleh peningkatan
25 tutupan vegetasi. Gambar 2.7 menunjukkan dampak aforestasi pada sifat suhu permukaan.
Gambar 2.7. Dampak Aforestasi pada Sifat Suhu Permukaan
Kemampuan pohon untuk memberikan pendinginan tidak langsung juga datang melalui bayang-bayang pepohonan, efek yang tidak bisa disediakan oleh padang rumput. Tepian pohon dapat mengurangi rumput LST sebesar 4 ºC dan LST permukaan beton sebesar 12 ºC (Armson et al., 2012). LST di bawah hutan lebih rendah dibandingkan dengan padang rumput karena permukaan hutan lebih kasar dan dengan demikian mampu menukar panas yang masuk akal secara lebih efektif dan lebih banyak terjadi pada gradien suhu yang lebih kecil (Balddochi dan Ma, 2013). Akibatnya, hutan dapat menghambat aliran permukaan yang menuju ke aliran sungai (Marc dan Robinson, 2007) dan dapat mengurangi pengisian air tanah (Kim and Jackson, 2012).
Increased evapotranspiration Indirect
Decreased upward long-wave
radiation
Increase d water vapor
Increased low cloud cover in tropics Less short-wave radiation Afforestation
Lower albedo Direct
More short-wave radiation absorbed for transpiration
Lower LST
26
III SIMPULAN
Tujuan dari kajian pustaka ini adalah untuk menguji beberapa aspek dinamika dan karakteristik spasial UHI, pengukuran UHI dengan penginderaan jauh dan perencanaan infrastruktur ruang hijau perkotaan. Pentingnya untuk mengevaluasi hubungan antara tema ini karena adanya efek UHI terhadap kualitas lingkungan, kesehatan manusia dan penggunaan energi. Pembentukan UHI sensitif terhadap berbagai aliran energi dan air antara daerah perkotaan dan pedesaan yang disebabkan oleh perbedaan LULC, tingkat aktivitas manusia dan karakteristik permukaan. Perbedaan tersebut mempengaruhi produksi dan aliran panas yang menyebabkan suhu udara dan LST berbeda di kota dan pedesaan.
Faktor terkendali (vegetasi, bahan bangunan, geometri perkotaan, panas antropogenik dan polutan) dan faktor yang tidak terkendali (waktu, cuaca sinoptik dan lokasi geografis) berkontribusi pada karakteristik spasial formasi UHI. Tidak diragukan lagi bahwa dampak utama fenomena UHI berasal dari penggantian tutupan vegetasi yang sangat besar. Namun, karena ukuran dan bentuk efek UHI yang tepat bervariasi dalam ruang dan waktu yang bergantung pada karakteristik permukaan perkotaan dan sifat permukaan, maka keterkaitan antara perubahan LULC lokal-mikro dan tingkat efek UHI masih memerlukan studi yang mendalam, khususnya perkotaan di daerah tropis.
27
IV DAFTAR PUSTAKA
Aguiar, A.C. (2012). Urban Heat Islands: differentiating between the benefits and drawbacks of using native or exotic vegetation in mitigating climate.
Thesis collections of University of Wollongong. Research online.
Artis, D.A. & Carnahan, W.H. (1982). Survey of emissivity variability in thermography of urban areas. Remote Sensing of Environment, 12(4), 313-329.
Bretz. S., Akbari, Hashem & Rosenfeld, A. (1998). Practical issues for using solar- reflective materials to mitigate urban heat islands. Atmospheric environment, 32 (1).
Buyantuyev, A. & Wu, J. (2009). Urban heat island and landscape heterogeneity:
linking spatiotemporal variations in surface temperatures to land-cover and socioeconomic patterns. Landscape Ecology,25(1): 17-33.
Chen X.L., Zhao H.M., Li P.X., & Yin Z.Y. (2006). Remote sensing image-based analysis of the relationship between urban heat island and land use/cover changes. Remote sensing of environment, 104, 133-146.
Collier, C.G. (2006). The impact of urban areas on weather. Q. J. R. Meteorol.
Soc. 132, 1–25.
Colombi, A., Pepe, M, Rampini, A & De Michele, C. (2007). Estimation of daily mean air temperature from MODIS LST in Alpine areas. In Bochenek, Z.
(ed.). New Developments and Challenges in Remote Sensing, Millpress, Rotterdam, ISBN 978-90-5966-053-3
Deo, R.C. (2011). Links between native forest and climate in Australia. Weather, 66:64-9.
Feizizadeh, B., Blaschke, T., Nazmfar, H., Akbari, E., & KoHbanani, H.R. (2013).
Monitoring land surface temperature relationship to land use/land cover from satellite imagery in Maraqeh County, Iran. Journal of Environmental Planning and Management, 56(9), 1290-1315.
Ferreira, M.J., Oliveira, A.P. & Soares, J., (2010). Anthropogenic heat in the city of São Paulo, Brazil. Theoretical and Applied Climatology 104(1-2), 43–56.
Golden, J. S., & Kaloush, K. E. (2006). Mesoscale and microscale evaluation of surface pavement impacts on the urban heat island effects. International Journal of Pavement Engineering,7(1).
28 Hollinger, D. Y., Ollinger, S. V., Richardson, A. D., Meyers, T. P., Dail, D. B.
(2010). Albedo estimates for land surface models and support for a new paradigm based on foliage nitrogen concentration. Glob. Change Biol., 16, 696–710.
Igusky, K. & Jackson, R., (2008). Quantifying albedo and surface temperature over different land covers: implication for carbon offsets. Thesis at Duke University.
Jim, C.Y. & Chen S. S. (2003). Comprehensive greenspace planning based on landscape ecology principles in compact Nanjing city, China. Landscape and Urban Planning 998, 1–22.
Kementrian Pekerjaan Umum. (2006). Green space as an essential component of urban planning. Jakarta: Indonesian Department of Work.
Kim, J. H. and Jackson, R. B. (2012). A global analysis of groundwater recharge for vegetation, climate, and soils. Vadose Zone Journal. 11, DOI:
10.2136/vzj2011.0021RA
Ma D. Liu, Z.Y., Lu S. H., Michael, N., Rong, X. Y., Cheng G. S. & Wang, F.Y.
2013. Short-term climatic impacts of afforestation in the East Asian monsoon region. Chinese Science Bulletin Atmospheric Science 58 (17):
2073-2081.
Marc, V. & Robinson, M. (2007). The long-term water balance (1972–2004) of upland forestry and grassland at Plynlimon, mid-Wales. Hydrol. Earth Syst. Sci,.11, 44–60.
Matthews, T., Lo, A.Y. & Byrne, J.A. (2015). Reconceptualizing green infrastructure for climate change adaptation: Barriers to adoption and drivers for uptake by spatial planners. Landscape and urban planning (138), 155-163.
Mitchell B.C. (2011). Urbanization and land surface temperature in Pinellas County, Florida. Graduate thesis and dissertations. University of South florida. Accessed 7th August 2014 from http://scholarcommo ns.usf.edu/etd/3250
Oke, T.R. (1988). Street design and urban canopy layer climate. Energy and buildings, 11(1-3), 103-113.
Oltra-Carrio.R, Sobrino, J. A., Franch, B., and Nerry, F. (2012). Land surface emissivity retrieval from airborne sensor over urban areas. Remote Sens.
Environ.123, 298–305.
Owen, T. W., Carlson, T. N., & Gillies, R. R. (1998). An assessment of satellite remotely-sensed land cover parameters in quantitatively describing the
29 climatic effect of urbanization. International Journal of Remote Sensing, 19, 1663−1681.
Peng, S.S., Piao S., Zeng, Z., Ciais, P., Zhou, L., Li, L.Z.X., Myneni, R.B., Yin, Y. &
Zeng, H. (2014). Afforestation in China cools local land surface temperature. PNAS 111(8), 2915-2919.
Rost, J., H. Mayer. (2006). Comparative Analysis of Albedo and Surface Energy Balance of a Grassland Site and an Adjacent Scots Pine Forest. Climate Research, 30, 227-237.
Roth, M. (2013). Urban heat islands. In Fernando, H.J.S. (Ed), Handbook of Environmental Fluid Dynamics, Volume Two. CRC Press/Taylor & Francis Group, LLC.
Rogan, Z.M., Martin, D., Ratick, S., Cuba, N. & DeLaue V. (2013). The impact of tree cover loss on land surface temperature: a case study of central Massachusetts using Landsat Thematic Mapper thermal data. Applied Geography 45, 49-57.
Salama, M. S., Van der Velde, R., Zhong, L., Ma, Y., Ofwono, M., & Su, Z. (2012).
Decadal variations of land surface temperature anomalies observed over the Tibetan Plateau by the Special Sensor Microwave Imager (SSM/I) from 1987 to 2008. Climatic Change, 114(3-4), 769-781. doi:
10.1007/s10584-012-0427-3.
Syrios, K., & Hunt, G. R. (2008). Passive air exchanges between building and urban canyon via openings in a single façade. International Journal of Heat and Fluid Flow, 29: pp. 364–373.
Snyder, R. L., Melo-Abreu, J. P. & Matulich, S. (2005). Mechanism energy transfer (Chapter 3). In FAO, Frost Protection: fundamentals, practice and economics volume 2. Rome: FAO Environment and Natural Resources Service Series.
Sundara Kumar, K., Udayabhaskar, P. & Padmakumari K. (2012). Estimation of land surface temperature to study urban heat island effect using Landsat ETM+ image. International Journal of Engineering, Science and Technology, 4(2), 807-814.
Swann, A. L., Fung, I. Y., Levis, S., Bonan, G. B. & Doney, S. C. (2010). Changes in Arctic vegetation amplify high-latitude warming through the greenhouse effect. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 107, 1295–1300.
Tursilowati, L., Sri Sumantyo, J.T., Kuze, H., Adiningsih, E. S. (2012). The integrated WRF/Urban modeling system and its application to monitoring urban heat island in Jakarta-Indonesia. Journal of Urban and Environmental Engineering, 1(6), 1-9.
30 US EPA (Environmental Protection Agency). (2009). Heat Island Effect. Accessed
9th June 2013 from http://www.epa.gov/hiri.
Voogt, J. A., and T. R. Oke. (2003). Thermal remote sensing of urban climates.
Remote Sensing of Environment, 86(3), 370-384. Sciencedirect.
Weng, Q. (2009). Thermal infrared remote sensing for urban climate and environmental studies: methods, applications, and trends. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 64 (4), 335-344.
Xian G., & Crane M. (2006). An analysis of urban thermal characteristics and associated land cover in Tampa Bay and Las Vegas using Landsat satellite data. Remote Sensing of Environment, 104 (2), 147- 156.
Xiao, H. & Weng, Q. (2007). The impact of land use and land cover changes on land surface temperature in a karst area of China. [Research Support, Non-U.S. Gov't Research Support, U.S. Gov't, Non-P.H.S.]. J Environ Manage, 85(1), 245-257. doi: 10.1016/j.jenvman.2006.07.016.
Yuen, B. & Kong L. (2009). Climate change and urban planning in Southeast Asia. S.A.P.I.E.N.S. 2(3). Accessed 23 February 2011 from sapiens.revues.org/pdf/881
Zhang, J. & Wang, Y. (2008). Study of the Relationships between the Spatial Extent of Surface Urban Heat Islands and Urban Characteristic Factors Based on Landsat ETM+ Data. Sensors, 8(11), 7453–7468.
Zhou, X., & Wang, Y.-C. (2011). Dynamics of Land Surface Temperature in Response to Land-Use/Cover Change. Geographical Research, 49(1), 23- 36.
