MODEL EVAPOTRANSPIRASI PADA VEGETASI DENGAN KETEBALAN KANOPI YANG BERVARIASI

Transkripsi

1 MODEL EVAPOTRANSPIRASI PADA VEGETASI DENGAN KETEBALAN KANOPI YANG BERVARIASI Evapotranspraton modl on vgtaton wth vard canopy layr Yanto Program Stud Tknk Spl Fakultas Sans dan Tknk Unvrstas Jndral Sodrman Jl. Mayjnd. Songkono Km. 5 Blatr Purbalngga, 5337 Abstract Evapotranspraton plays mportant ky rol on hydrologcal cycl and watr balanc n watr catchmnt. Pnmann- Montth formula xprsss vapotranspraton rat whch s govrnd by avalabl solar radaton, charactrstcs of vgtaton rprsntd by arodynamc rsstanc and stomata rsstanc. Canopy layr dnsty s a charactrstc of vgtaton that nflunc th amount of solar radaton transfrrd and rcvd by layrs wthn and undrnath canopy. Ths artcl wll dscrb modl of vapotranspraton usng Pnman-Montth formula on vgtaton wth dffrnt canopy layr assumng th Laf Ara Indx (LAI) s constant. Th modl s appld on th vgtaton wth canopy layr (N) s 3 and. Th rsult shows that vapotranspraton modl usng Pnman-Montth formula s abl to stmat vapotranspraton rat wth margn rror lss than %. Assumng LAI s constant, th dffrnc of canopy layr numbr producs nsgnfcant ffct to vapotranspraton rat. Tstng th modl usng N3 and N rsults margn rror lss than % as wll. Kyword Modl, vapotranspraton, Pnman-Montth, vgtaton, canopy layr. PENDAULUAN Stud mngna vapotranspras mrupakan dasar dalam mmaham kosstm trstral. Evapotranspras mmgang pranan yang pntng dalam sklus hdrolog dan ksmbangan ar d darah tangkapan ar. Dalam kgatan rgas prtanan, vapotranspras yang mnybabkan khlangan ar yang cukup bsar mrupakan faktor yang mmpngaruh scara sgnfkan kbutuhan ar d lahan. Dalam ksmbangan nrg d bum, vapotranspras mrupakan komponn utama yang mnntukan karaktrstk lapsan batas atmosfr. al n brpngaruh trhadap pola srkulas msoscal dan juga klm (Andr, dkk, 989). Evaporas d prmukaan waduk dan bndung juga mnjad salah satu faktor pntng dalam pmnuhan kbutuhan ar untuk ndustr dan rumah tangga. Katan yang rat antara transpras dan asmlas karbon mlalu stomata juga mrupakan kajan yang mnark. Evapotranspras mrupakan pnggabungan pross pnguapan yang trjad pada vgtas yang dsbut transpras dan dar prmukaan lahan yang dsbut vaporas. Faktor-faktor yang mmpngaruh bsar kclnya vapotranspras dantaranya adalah faktor mtorolog sprt suhu, kcpatan angn, tkanan atmosfr, radas matahar, gradn tkanan uap ar, klmbaban rlatf dan faktor bologs sprt jns vgtas, ktnggan kanop dan kpadatan tanaman [Morton, 968; Jarvs and McNaughton, 986; Xu and Sngh, 998]. Bbrapa faktor mtorolog yang mmpngaruh vapotranspras brvaras dalam ruang dan waktu [Xu and Sngh, 998; ubbard, 994]. Transpras dpngaruh olh karaktrstk daun yang dapat dnyatakan dngan hambatan stomata dan hambatan laps batas sbagamana dnyatakan dalam formula Pnman-Montth [Saugr and Katrj, 99, Wvr, Flanagan and Carlson, 22]. Makalah n akan mnjlaskan pmodlan vapotranspras mnggunakan formula Pnman- Montth. Modl yang dbuat dmaksudkan untuk mngtahu pngaruh ktbalan lapsan kanop trhadap vapotranspras total dngan mngasumskan pnambahan tbal lapsan kanop tdak mnybabkan brubahnya Indks Luas Daun/Laf Ara Indx (LAI). Data yang dgunakan dalam mmodlkan dan mngkalbras adalah data dar Unvrsty of Mchgan Bologcal Staton (UMBS). Masukan yang dgunakan dalam modl adalah suhu udara, kcpatan angn, tkanan uap ar, radas matahar dar stasun pngukuran UMBS. Sdangkan kalbras modl akan mmbandngkan hasl smulas dngan data vapotranspras yang dkumpulkan dar UMBS. Dnamka Rkayasa Vol. 7 No. Fbruar 2 ISSN

2 Yanto Modl Evapotranspras pada Vgtas dngan Ktbalan Konop yang brvaras : 7-22 METODOLOGI A. Lokas Pnltan Pnltan n dlakukan dngan mnggunakan data yang dprolh dar Unvrsty of Mchgan Bologcal Staton (UMBS) yang trltak d Mchgan bagan utara. UMBS mrupakan stasun pngamatan yang mnghaslkan brbaga data yang brkatan dngan klm, cuaca dan lngkungan yang mndukung pnltan lanjutan ( B. Pngumpulan Data Data masukan yang dprlukan untuk mmodlkan transpras dngan mnggunakan prsamaan Pnman- Montth adalah suhu, kcpatan angn, tkanan uap ar, klmbaban rlatf, radas glombang pndk dan radas brsh/nt radaton. Ksluruhan data trsbut dukur pada ktnggan 24 m dar batas atas vgtas. C. Analss Data Laju transpras potnsal laju vaporas dar prmukaan vgtas dapat ddkat dngan pndkatan arodnamk sbagamana yang dnyatakan dngan formula Pnman-Montth sbaga brkut (Brutsart, 2): p n + s T atm + atm r A...() r + st + ra Dmana E adalah panas latn [W m -2 ], Q n adalah jumlah nrg yang trsda [W m -2 ], rapat massa udara [kg m -3 ], C p kapastas panas udara [J kg - K - ], s (T atm ) adalah tkanan uap ar jnuh [hpa], atm tkanan uap ar pada konds atmosfr [hpa], adalah konstanta Clausus-Claypron [hpa K - ], adalah konstanta pskomtrk [hpa K - ], r st hambatan pada stomata[s m - ] dan ra adalah hambatan prpndahan [s m - ]. Tkanan uap ar, tkanan uap ar jnuh, konstanta Clausus- Claypron dan konstanta pskomtrk mrupakan paramtr-paramtr yang nlanya dpngaruh olh suhu udara lngkungan dan dnyatakan dngan formula sbaga brkut: atm qs Tatm...(2) s T T 2.53x atm atm x 8 T 5.48x atm 2 T atm CpPatm (5) x...(3)...(4) Dmana T atm adalah tmpratur udara [K], P atm adalah tkanan atmosfr [hpa] dan q adalah klmbaban rlatf [g g - ]. Bown (926) and Pnman (948, 953) mnggabungkan mkansm pmsahan molkul ar dan mkansm dfus untuk mmndahkan ar dar prmukaan yang mnguap untuk mnghtung laju vaporas dar lahan yang basah dan prmukaan vgtas. Pnltan trsbut kmudan dsmpurnakan olh Montth (965) dngan mnghtung transpras pada daun dar tumbuhan mnggunakan hambatan stomata, hambatan laps batas dan hambatan arodnamk [Saugr and Katrj, 99]. ambatan arodnamk trdr dar hambatan prpndahan (r a ) dan hambatan laps batas (r b ) (Ivanov, 2). atm ra K m ra K m z z z...(6)...(7).5 u(z). dl r a dlaf...(8) Dmana r a adalah hambatan prpndahan d atas kanop (s m - ) yang dukur dar batas atas kanop ( ) sampa k ktnggan pngukuran ( atm ), r a adalah hambatan prpndahan d dalam kanop [s m - ] yang dukur dar prmukaan tanah (z) sampa k batas atas kanop ( ), r b adalah hambatan laps batas [s m - ] yatu hambatan yang dtmbulkan olh adanya laps batas d atas prmukaan daun, u(z) adalah kcpatan angn rrata d dalam kanop [m s - ] dan dlaf adalah dmns rrata daun yang dukur sarah dngan arah angn [m]. Bsaran nla hambatan stomata bragam dar lapsan yang palng bawah k lapsan yang palng atas dan trgantung pada ntnstas cahaya yang dtrma olh daun. Intnstas cahaya yang dtrma olh daun sangat trgantung kpada bsarnya radas glombang pndk yang dpancarkan d atas kanop. ambatan stomata dapat ddkat dngan formula sbaga brkut : r st L S...(9) atm Dmana.9 x 5 mrupakan paramtr tak brdmns yang mnggambarkan profl kcpatan angn turbuln d dkat laps batas dngan asums kcpatan rlatf angn d dkat batas adalah nol, S atm adalah radas glombang pndk [W m -2 ], adalah paramtr tak brdmns yang mnyatakan bsarnya pnurunan radas glombang pndk dan L adalah nla kumulatf k arah bawah dar LAI [m 2 m -2 ]. 8

3 Dnamka Rkayasa Vol. 7 No. Fbruar 2 ISSN Evaporas dar prmukaan tanah sangat dprlukan untuk mmprkrakan vapotranspras total. Paramtrsas transfr panas dar prmukaan tanah dapat ddkat dngan kofsn prpndahan turbuln yang dprolh scara mprk antara prmukaan tanah dan batas bawah kanop. ra4...() Csu Cs Csbar Wv + Csdns Wv...() LAI+.2 W...(2) v C s dns.45 k zm4.3 5 C s bar...(3).5x Dmana z m4. [m] adalah panjang kkasaran untuk tanah trbuka dan u adalah kcpatan gsk [m s - ]. D. Paramtr Pngujan Paramtr utama yang djadkan ukuran dalam mngvaluas knrja modl adalah bsarnya laju vapotranspras total yang dhaslkan olh modl dngan laju vapotranspras total yang damat olh UMBS. Modl kmudan akan dgunakan untuk mngvaluas pngaruh ktbalan kanop yang dnyatakan dngan jumlah lapsan kanop (N) pada vgtas trhadap laju vapotranspras. Pngujan akan dlakukan dngan N 3 dan N, dmana N3 mwakl vgtas dngan laps kanop tps dan N mwakl vgtas dngan laps kanop tbal. A. Pnurunan Prsamaan ASIL DAN PEMBAASAN Untuk mmodlkan vpotranspras pada vgtas dngan brbaga varas ktbalan lapsan kanop, prsamaan Pnman-Montth prlu dturunkan agar dapat dtrapkan pada tap-tap lapsan kanop. Dngan mngasumskan ktdaktrgantungan antar lapsan, prsamaan Pnman-Montth dapat dtulskan mnjad : p n + s T atm + atm r A...(4) r + st + ra Dmana subskrps mnunjukkan nomr lapsan kanop dan r A r a + r a + r b adalah hambatan arodnamk yang mrupakan pnjumlahan hambatan laps batas r b dan hambatan prpndahan r a. ambatan prpndahan d atas kanop ( ) sampa k ttk pngamatan ( atm ) dapat dturunkan mnggunakan profl angn logartmk pada konds ntral sbaga brkut: atm ra Km atm z ku z d d ln atm ku d...(5) d zm dbrkan k kanop sbaga laps kkrasan tunggal. Dmana u u k ln atm atm dan z m dan d Untuk ruang d dalam kanop yatu d antara masngmasng lapsan kanop, nla Km( ) ku( d ) prlu ddfnskan trlbh dahulu. Dstrbus hambatan prpndahan d dalam kanop ddapatkan dngan mnurunkan hambatan sbaga brkut: ra(z) dx z z a K m...(6) z a ak m ambatan prpndahan rrata r a [s m - ] untuk taptap lapsan kanop k ddapatkan dar pnurunan prsamaan sbaga brkut: ra(z) r a K m 2 a a a akm...(7) Dmana subskrps mnunjukkan ndks lapsan kanop. Rrata nla hantaran laps batas r b [s m - ] dapat dnyatakan dngan: 9

4 Yanto Modl Evapotranspras pada Vgtas dngan Ktbalan Konop yang brvaras : 7-22 r b laf g b z dl u dlaf.5. dl a.5.5 a a (8) brtambahnya hambatan laps batas. Sdangkan mnngkatnya nla hambatan stomata dar laps kanop bagan atas k laps kanop bagan bawah dsbabkan olh smakn kclnya radas snar matahar yang dtrma olh daun d laps kanop bagan bawah (Gambar. kr bawah). Dmana, u d u k ln ln zm adalah kcpatan angn d batas atas kanop dngan mngansumskan konds ntral. Nla hantaran stomata rrata pada lapsan k- dapat dnyatakan dngan: L L L S dl atm r st r st L...(9) L Jumlah nrg yang trsda guna mnybabkan trjadnya pross vaporas pada tap-tap kanop dturunkan mnjad: L L L R R n n Rn(L) dl L B. ambatan Arodnamk dan Stomata...(2) ambatan arodnamk trdr dar hambatan prpndahan d atas kanop, hambatan prpndahan dalam kanop dan hambatan laps batas. asl pngujan trhadap modl mnunjukkan nla hambatan prpndahan (r a ) d dalam suatu laps kanop lbh bsar dar nla hambatan prpndahan d dalam laps kanop d atasnya dan lbh kcl dar nla hambatan d dalam laps kanop d bawahnya (Gambar. kr atas). Nla hambatan prpndahan d atas kanop (r a ) pada modl juga lbh bsar dar nla hambatan prpndahan d dalam laps kanop. Brkurangnya pngaruh kcpatan angn pada laps kanop yang brada d bagan yang lbh bawah mnybabkan trjadnya fnomna n sbagamana djlaskan olh hukum profl angn logartmk. Karaktrstk hambatan laps batas (Gambar, bagan kanan atas) mnunjukkan gjala srupa. Mnurunnya pngaruh angn mnmbulkan turbulns yang lbh kcl d laps batas d atas prmukaan daun dan mnngkatkan ktbalan laps batas yang mnybabkan Gambar. Profl hambatan arodnamk dan stomata Pngaruh angn dan nrg radas matahar juga tlah mnybabkan hambatan prpndahan d atas kanop jauh lbh kcl dar hambatan prpndahan d atas prmukaan tanah (Gambar, kanan bawah). C. Evapotranspras Total Evapotranspras trjad pada pag, sang dan sor har dmana trsda cukup nrg radas matahar untuk mngubah ar yang trkandung d dalam vgtas dan lapsan tanah mnjad uap ar. Gambar 2. mnamplkan profl laju vapotranspras yang dhaslkan olh modl. Sbagamana dapat dlhat pada Gambar 2, vapotranspras yang palng bsar trjad pada sang har. Profl n brbandng lurus dngan profl radas glombang pndk dan radas nt matahar dmana radas trbsar trjad pada tngah har. Gambar 2. Laju vapotranspras 2

5 Dnamka Rkayasa Vol. 7 No. Fbruar 2 ISSN Prubahan bsarnya vapotranspras dalam laps kanop brbandng trbalk dngan prubahan bsarnya nla hambatan dalam kanop. Nla vapotranspras brtambah dar lapsan kanop palng bawah k lapsan kanop palng atas. Evaporas trkcl trjad pada prmukaan tanah. rrata laju vapotranspras hasl pngujan dngan N mash d bawah %. Gambar 3. Profl suhu dan kcpatan angn Gambar 4. Laju vapotranspras pada modl dan hasl pngamatan Prubahan kcpatan angn dan suhu yang dukur d atas vgtas brpngaruh trhadap nla vapotranspras total. Suhu tngg trjad pada tngah har sdangkan suhu rndah trjad pada tngah malam hngga mnjlang pag har (Gambar 3, Atas). Profl kcpatan angn mampu mnjlaskan profl vapotranspras pada modl scara lbh bak. Pada har ktga dan kmpat dmana kcpatan angn cndrung mnurun, bsarnya vapotranspras juga cndrung mnurun. Pada har klma, yatu pada saat kcpatan angn sangat tngg dbandngkan har-har sblum dan ssudahnya, vapotranspras total juga mncapa nla trtngg. D. Pngujan Modl Tngkat kandalan modl duj mlalu prbandngan vapotranspras total yang dhaslkan olh modl dngan vapotranspras yang dprolh dar pngamatan lapangan. Pngujan modl dngan N3 mnunjukkan hasl yang sangat mndkat hasl pngamatan lapangan. Prbdaan laju vapotranspras maksmal yang palng bsar trjad pada har ktga. Scara rata-rata ksalahan yang dhaslkan modl kurang dar %. Prbandngan juga dlakukan dngan mnguj modl dngan N. Gambar 5. Mnunjukkan prbandngan laju vapotranspras antara modl dngan N3 dan N trhadap laju vapotranspras dar pngamatan lapangan. Scara umum pngujan dngan N mnghaslkan laju vapotranspras yang sdkt lbh bsar darpada pngujan dngan N3. al n dmungknkan karna dngan laps kanop yang lbh brbda, nla hambatan arodnamk dan hambatan stomata juga brbda. Mskpun dmkan, ksalahan Gambar 5. Laju vapotranspras, N3, N dan hasl pngamatan. KESIMPULAN Modl vapotranspras mnggunakan formula Pnmann-Montth dapat dgunakan untuk mmprkrakan laju vapotranspras dar vgtasd ngan tngkat ksalahan kurang dar %. Jumlah lapsan kanop pada vgtas tdak mmbrkan pngaruh yang sgnfkan trhadap laju vapotranspras spanjang bsarnya nla LAI tdak brubah. DAFTAR PUSTAKA Andr, J.C, Bougault P, Mahfouf J.F, Mascart P, Nolham J, Pnty J.C Impacts of forsts on msoscal mtorology. Phl Trans Roy Soc Lond B 324: Brutsart, W. 25. ydrology: An Introducton, Cambrdg Unvrsty Prss ubbard, K.G., 994. Spatal varablty of daly wathr varabls n th hgh plans of th USA. Agrcultural and Forst Mtorology

6 Yanto Modl Evapotranspras pada Vgtas dngan Ktbalan Konop yang brvaras : 7-22 Ivanov, V. 2. Problm St #3, Cours of ydrology Modllng, Dpartmnt of Cvl and Envronmntal Engnrng, Unvrsty of Mchgan, Ann Arbor, USA. Jarvs, P.G., McNaughton, K.G., 986. Stomatal control of transpraton: scalng up from laf to rgon. Adv. Ecol. Rs. 5, 49. Morton, F. I Evaporaton and Clmat: A Study n Caus and Effct, Scntfc Srs No. 4. Rply, E.A., Saugr, B., 978. Bophysc of a natural grassland: Evaporaton. Journal of Appld Ecology Saugr, B., Katrj, N., 99. Som plant factors controllng PET. Agrcultural and Forst Mtorology, Svakumar, M.V.K., 987. Clmat of Namy. Progrss Rport-l, ICRISAT Sahlan Cntr, Namy, Ngr. Intrnatonal Crops Rsarch Insttut for th Sm-Ard Tropcs, 36 pp. Unvrsty of Mchgan Bologcal Staton, About Us, dakss tanggal Jul 2 Wvr, L.A., Flanagan, L. B., Carlson, P.J., 22. Sasonal and ntrannual varaton n PET, nrgy balanc and surfac conductanc n a northrn tmprat grassland. Agrcultural and Forst Mtorology Xu, C.Y., Sngh, V.P., 998. Dpndnc of vaporaton on mtorologcal varabls at dffrnt tm-scals and ntrcomparson of stmaton mthods. ydrologcal Procss