Buku ini membahas tentang konsep ekosistem mangrove, iklim mikro hutan mangrove (Bab I s/d Bab II), dan metode penelitian iklim mikro hutan mangrove, mengadopsi dan mengembangkan model serta metode penelitian yang umum digunakan dalam penelitian iklim mikro hutan (Bab III). Regenerasi hutan mangrove menyebabkan perubahan kondisi fisik, termasuk iklim mikro (Mazda dan Kamiyama, 2007; Granek dan Ruttenberg, 2008).
Radiasi Matahari dan Difusi Termal dalam Ekosistem Hutan
Hubungan suhu dengan pergeseran puncak radiasi dikenal dengan hukum Wien. Persamaan (2.1) menunjukkan bahwa puncak radiasi matahari terletak pada spektrum tampak atau spektrum cahaya, karena suhu mutlak matahari berkisar 6000 K. Persamaan ( Gambar 2.3) menunjukkan bahwa energi radiasi matahari (puncak radiasi pada spektrum tampak) yang jatuh dan diserap benda (Rn) di permukaan bumi diubah menjadi berbagai bentuk energi.
Iklim Mikro Hutan
Difusi termal antara ekosistem hutan dan lingkungan sekitarnya dibuktikan dengan perubahan harian gradien iklim mikro (suhu udara, defisit tekanan uap air, dan kecepatan angin) (Pohlman et al., 2009). Kekayaan spesies ekosistem hutan erat kaitannya dengan variasi iklim mikro di sekitar tepi hutan (Gehlhausen et al., 2000).
Parameter Kuantitatif Iklim Mikro
Temuan penelitian Spittlehouse dkk. 2004), menyimpulkan bahwa pengaruh kedalaman tepi kelembaban udara sama dengan suhu udara. Kelembapan relatif memiliki gradien paling landai (terjauh di dalam hutan) (Gehlhausen dkk., 2000).
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Perubahan Temporal dan Variasi Spasial Parameter Iklim MikroHutan
Faktor atmosfer yang mempengaruhi iklim mikro hutan adalah radiasi matahari, curah hujan, suhu udara, kelembaban udara dan kecepatan angin. Faktor dan kondisi atmosfer di hutan dan ekosistem lingkungan secara interaktif mempengaruhi difusi energi (cahaya dan panas), yang diukur dalam parameter iklim mikro. Perubahan suhu dan kelembaban udara regional disebabkan oleh faktor ekologi hutan sehingga menjadi variabel iklim mikro hutan (Brosofske et al., 1997; Davies-Colley et al., 2000; Spittlehouse et al., 2004).
Sifat ekologi hutan mengubah kecepatan dan arah angin di dalam hutan, sehingga kecepatan dan arah angin di dalam hutan merupakan variabel iklim mikro (Davies-Colley et al., 2000; Spittlehouse et al., 2004). Angin mempengaruhi variabel iklim mikro lainnya yaitu suhu dan kelembaban udara (Chen et al. mengemukakan bahwa gradien iklim mikro. Angin yang bertiup dari tepian ke dalam hutan menyebabkan penetrasi iklim mikro semakin meningkat dibandingkan tanpa angin atau jika angin bertiup berlawanan arah (Spittlehouse dkk., 2004).
Ukuran area terbuka yang berdekatan dengan hutan menentukan kecepatan angin (Raynor, 1971; Chen et al., 1995; Davies-Colley et al., 2000), dan akibatnya kecepatan angin mempengaruhi penetrasi variabel iklim mikro lainnya. Pola spasial vegetasi tepi-ke-hutan sangat mengontrol perubahan gradien dan kedalaman efek tepi iklim mikro (Asbjornsen et al., 2004; Breshears et al., 2009; Duniway et al., 2010).
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Perubahan Temporal dan Variasi Spasial Parameter Iklim Mikro Hutan Mangrove
Pada prinsipnya pengaruh faktor hidrologi tidak terlepas dari iklim mikro, karena interaksi termal antara udara dan air mempengaruhi perubahan suhu udara, kelembaban udara dan suhu tanah/air. Interaksi faktor ekohidrologi dengan iklim mikro merupakan ciri iklim mikro hutan mangrove dan dapat diamati pada semua jenis hutan mangrove: Overwash, Fringe, Riverine, Basin, Hammock dan Scrub. Investigasi dan karakterisasi iklim mikro hutan mangrove pada masing-masing tipe hutan mangrove dapat memberikan data kisaran parameter iklim mikro yang dapat dibandingkan satu sama lain.
Dampak pemanasan global yang diperkirakan akan menggeser atau mengubah komposisi hutan mangrove (Snedaker, 1995; Field 1995; Ellison 2005), dapat dinilai berdasarkan perubahan parameter iklim mikro pada setiap jenis hutan mangrove. Pertimbangan pertama dalam menentukan transek pengukuran iklim mikro mangrove adalah berdasarkan ekotipe hutan mangrove, karena setiap tipe secara fisik mempunyai karakteristik iklim mikro yang berbeda-beda. Pertimbangan lebih lanjut didasarkan pada struktur hutan bakau (adanya celah atau area terbuka dan petak), kerapatan kanopi dan homogenitas, dll.
BAB III METODE PENELITIAN IKLIM MIKRO HUTAN MANGROVE 3.1. Adaptasi dan Adopsi Prinsip Penelitian Iklim Mikro Hutan
- Adaptasi dan pengembangan parameter untuk karakterisasi iklim mikro hutan mangrove
- Variabel-variabel Penelitian Iklim Mikro Hutan Mangrove
- Prosedur Pengukuran, Analisis dan Pemodelan
- Prosedur Simulasi Pengaruh Angin
Kedalaman efek tepi, sebagai jarak dimana nilai fungsi gradien iklim mikro sama dengan atau mendekati nol. Data kedalaman efek tepi untuk masing-masing variabel iklim mikro merupakan nilai penetrasi maksimum variabel iklim lingkungan mikro ke dalam hutan mangrove. Parameter indeks dinamika harian gradien iklim mikro adalah satu satuan dengan parameter luas dinamika harian gradien iklim mikro.
Kedalaman efek tepi menunjukkan seberapa jauh pengaruh iklim mikro lingkungan memasuki ekosistem hutan. Menggabungkan data waktu dengan gradien tepi sepanjang hari dapat dibangun dan menghasilkan fungsi dinamis diurnal dari gradien iklim mikro tepi. Pemodelan fungsi dinamis harian gradien iklim mikro menggunakan prosedur yang sama dengan pemodelan temporal variabel iklim mikro (fase f).
Program komputer dapat menentukan nilai ambang batas ini dan segera memperoleh besarnya bidang dinamis harian gradien iklim mikro. Program komputer dapat secara langsung mengekstrak data indeks dinamis harian gradien iklim mikro di tepi hutan.
Deskripsi Lokasi dan Kondisi Pengukuran Variabel Iklim Mikro
Jumlah data hasil pengukuran dengan waktu internal 1 jam untuk variabel suhu udara, kelembaban, suhu air/lumpur sebanyak 24 data, sedangkan untuk variabel kecerahan sebanyak 12 data. Fungsi luminansi I(t) mengambil tiga harmonik pertama dari enam harmonik dengan total kontribusi keragaman sebesar 99,455 persen. Perubahan kemiringan kecerahan fungsi spasial menunjukkan perubahan kecerahan dari waktu ke waktu sepanjang transek.
Contoh fungsi spasial masing-masing variabel pada pengukuran jam 12.00 (grafik merah) adalah: . 1) Fungsi suhu udara. Fungsi temporal (Persamaan 5.1) dan fungsi spasial (Persamaan 4.2) menyatakan perubahan variabel iklim mikro dari waktu ke waktu pada setiap posisi sepanjang transek. Persamaan (2.6) dan persamaan solusinya (2.7) menyatakan proses difusi termal dari sumber tetap atau kondisi batas tetap.
Komponen posisi (x) pada persamaan (2.7) menunjukkan sifat perpindahan panas berupa getaran (tumbukan) partikel udara, sedangkan komponen waktu (t) menunjukkan perubahan energi panas pada setiap posisi (bertambah atau berkurang secara eksponensial). ). Difusi termal (keadaan sesaat) akibat radiasi matahari, sebagaimana diungkapkan oleh persamaan (2.6), menyebabkan perubahan komponen spasial energi panas pada hutan bakau dan lingkungan sekitarnya dalam bentuk eksponensial.
Hasil Pengujian Model
Perubahan intensitas radiasi atau kekuatan penyinaran matahari menyebabkan perubahan energi panas pada setiap posisi berbentuk sinusoidal, sebagaimana dinyatakan pada persamaan (5.3). Rata-rata deviasi data model dibandingkan dengan data pengukuran untuk variabel kelembaban atau kelembaban relatif bervariasi antara: 0,854% (atau 1,2% dari rata-rata data pengukuran kelembaban) hingga 0,405 0C (atau 1,4% dari rata-rata data pengukuran kelembaban). Rata-rata deviasi data model dibandingkan data terukur untuk intensitas cahaya bervariasi antara: 2.797 lux (atau 7%) hingga 3.113 lux (atau 7.7%).
Nilai mean deviasi data model menunjukkan bahwa data jamur dan pemodelan cukup akurat untuk digunakan dalam menentukan parameter iklim mikro dan mengkarakterisasi iklim mikro hutan mangrove. Hasil prediksi suhu udara, kelembaban udara, suhu air/tanah dan kecerahan pada posisi 32 meter selama sepuluh transek dan hasil prediksi data suhu dan kelembaban udara pada posisi 64 m untuk transek 2 lokasi 1 dan transek 3 lokasi 2 ditampilkan pada Tabel 4.3. Penyimpangan prediksi data model terhadap data pengukuran pada posisi 32 m dan 64 m menunjukkan bahwa pemodelan spasial dibangun dari tiga data (posisi 0 (tepi), 1 m dan 2 m dari tepi menuju hutan) dan berpedoman pada data dari tiga posisi lainnya, yaitu yang dekat dengan tepi hutan (posisi 4 m, 8 m, dan 16 m) dapat digunakan untuk memprediksi besarnya variabel iklim mikro pada posisi lebih jauh ke tengah hutan.
Hasil tersebut menunjukkan bahwa teknik pengukuran pada jarak logaritmik posisi dari tepi dan metode pemodelan telah berkembang menjamin efisiensi pengukuran karena tidak perlu melakukan pengukuran jauh di tengah hutan.
Hasil Analisis dan Pengembangan Parameter Iklim Mikro
Penentuan selisih maksimum besaran variabel iklim mikro tepi dan bagian dalam hutan dijelaskan pada Lampiran 2 poin 6. Parameter selisih maksimum besaran variabel iklim mikro antara tepi dan bagian dalam hutan, yang ditentukan berdasarkan fungsi temporal dapat mencirikan iklim mikro hutan mangrove. Hasil dari fungsi pemodelan dapat mengetahui kedalaman efek tepi dan luasnya iklim mikro pada posisi jauh di tengah hutan, di luar posisi pengukuran sepanjang transek.
Program komputer memilih dan menampilkan kedalaman maksimum pengaruh lingkungan terhadap perubahan iklim mikro hutan bakau. Parameter luas dinamika diurnal gradien iklim mikro merupakan parameter baru yang dirumuskan peneliti untuk mengkarakterisasi interaksi ekosistem mangrove dengan lingkungan selama satu hari. Parameter luas bidang dinamis harian dan indeks dinamis harian gradien iklim mikro merupakan parameter akhir yang ditentukan melalui prosedur pemodelan matematika.
Parameter kawasan dinamika gradien suhu air/tanah diurnal dapat memberikan informasi kondisi iklim mikro harian hutan mangrove, meskipun nilai parameter kedalaman efek tepi dan gradien tepi berfluktuasi secara kompleks. Indeks diurnal dinamis gradien iklim mikro dapat menunjukkan kapasitas ekosistem mangrove dalam mengurangi dampak peningkatan energi panas lingkungan pada siang hari dan mengendalikan pelepasan energi ke lingkungan pada malam hari.
Sistem Data Parameter Iklim Mikro
Hasil penelitian menunjukkan bahwa suhu udara malam di hutan mangrove lebih hangat oC dibandingkan suhu di tepinya. Hasil ini sesuai dengan perbedaan suhu udara siang hari antara tepi dan posisi 32 m di hutan mangrove. Secara fisik, wilayah dinamis gradien suhu udara siang hari ditentukan oleh dua faktor utama.
Rentang dinamis gradien suhu udara siang hari pada transek 1 di lokasi 1 lebih rendah dibandingkan dua transek lainnya di lokasi yang sama. Bidang luas dinamika gradien suhu udara malam hari menunjukkan bahwa hutan bakau dapat mengontrol pelepasan energi panas ke lingkungan. Ciri-ciri iklim mikro adalah: (1) besar daerah dinamis harian gradien suhu udara pada siang hari, (2) besar daerah dinamis harian gradien suhu udara pada malam hari.
Transek yang sama menunjukkan efek tepi suhu udara yang lebih dalam dibandingkan transek lainnya. Kedalaman efek tepi kuat iluminasi yang diperoleh penelitian ini lebih kecil dibandingkan kedalaman efek tepi suhu udara dan kelembaban udara. Dinamika harian suhu air/tanah di sekitar tepi hutan mangrove lebih kompleks dibandingkan dinamika suhu udara dan kelembaban udara.
Kedalaman pengaruh tepi suhu air/tanah lebih kecil dibandingkan kedalaman pengaruh tepi suhu dan kelembaban udara.
On the nature of environmental gradients: temporal and spatial variation of soil and vegetation in the New Jersey Pinelands. Partial differential Equations, American Mathematical Society, ISBN Confounding factors in the detection of species response to habitat fragmentation. Remote Sensing and Ethnobotanical Assessment of the Changes in the Mangrove Forest in the Navachiste-San Ignacio-Macapule Lagoon Complex, Sinaloa, Mexico.
Effects of land-use change on the exchange of matter and energy between rainforest edge ecosystems and the atmosphere. Using aerial stereo imagery to quantify changes in mangrove extent and height in tropical Australia. Spatial patterns of temperature and soil moisture at subalpine forest edges in the southern interior of British Columbia.
Formulation of a model of mangrove succession in the Caribbean and Gulf of Mexico with emphasis on factors related to global climate change. In Coastal protection in the aftermath of the Indian Ocean tsunami: what role for forests and trees?, FAO, Rome.
