SIMULASI PENGARUH DEFORESTASI DAN REFORESTASI TERHADAP PERUBAHAN PARAMETER IKLIM MENGGUNAKAN REGIONAL MODEL (REMO) (Studi Kasus: Pulau Kalimantan)

Transkripsi

1 SIMULASI PENGARUH DEFORESTASI DAN REFORESTASI TERHADAP PERUBAHAN PARAMETER IKLIM MENGGUNAKAN REGIONAL MODEL (REMO) (Studi Kasus: Pulau Kalimantan) TUGAS AKHIR Disusun Untuk Memenuhi Syarat Kurikuler Program Sarjana Strata-1 (S-1) Program Studi Meteorologi Oleh: WULAN SEIZARWATI PROGRAM STUDI METEOROLOGI FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009

2 LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR SIMULASI PENGARUH DEFORESTASI DAN REFORESTASI TERHADAP PERUBAHAN PARAMETER IKLIM MENGGUNAKAN REGIONAL MODEL (REMO) (Studi Kasus: Pulau Kalimantan) Telah Diperiksa dan Disetujui, Bandung, 7 September 2009 Pembimbing I Pembimbing II (Dra. Atika Lubis, MS) (Dr. Edvin Aldrian, B.Eng, M.Sc) NIP: NIP:

3 Allah yang mengirimkan angin, lalu angin itu menerbangkan awan dan ditebarkan-nya-lah awan itu di langit menurut aturan-nya dan dijadikan (awan itu) mendung bergumpal-gumpal, lantas kamu lihat hujan keluar dari celah-celahnya. Maka apabila hujan itu turun kepada siapa yang dikehendaki-nya dari hamba-hamba-nya, mereka menjadi gembira. (Q.S. Ar ruum: 48) Sebuah karya kecil untuk Bapa, Ibu, Kakak-kakakku dan semua yang kusayangi

4 KATA PENGANTAR Alhamdulillahirabbil alamin, puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Simulasi Pengaruh Deforestasi dan Reforestasi Terhadap Perubahan Parameter Iklim Menggunakan Regional Model (REMO) (Studi Kasus: Pulau Kalimantan) ini. Banyak pihak yang telah membantu selama menyelesaikan Tugas Akhir ini. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang terhormat: 1. Ibu Dra. Atika Lubis, MS dan Bapak Dr. Edvin Aldrian, B.Eng, M.Sc selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan, saran, arahan, dan motivasi kepada penulis. 2. Bapak Zadrach Ledoufij Dupe, M.Si selaku wali akademik dan Bapak Musa Ali Mustofa, M.Si selaku koordinator Tugas Akhir atas kebijakannya memberikan kesempatan kepada penulis untuk menjalani Tugas Akhir ini. 3. Ketua Program Studi Meteorologi dan seluruh staf pengajar atas keikhlasannya berbagi ilmu yang luar biasa berguna selama penulis menjalankan studi. 4. Kedua orang tua dan segenap keluarga yang senantiasa memberikan doa, perhatian, dukungan, dan semangat kepada penulis. Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Hal itu dikarenakan oleh berbagai keterbatasan pada data, perangkat penelitian, dan kemampuan yang ada pada penulis. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari berbagai pihak demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Penulis berharap semoga karya sederhana ini kiranya dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan khususnya bidang ilmu kebumian. Bandung, September 2009 Penulis i

5 SIMULASI PENGARUH DEFORESTASI DAN REFORESTASI TERHADAP PERUBAHAN PARAMETER IKLIM MENGGUNAKAN REGIONAL MODEL (REMO) (Studi Kasus: Pulau Kalimantan) ABSTRAK Dalam penelitian ini dilakukan kajian pengaruh perubahan rasio hutan terhadap kondisi beberapa parameter iklim, yaitu temperatur permukaan, evaporasi permukaan, dan curah hujan konvektif di Pulau Kalimantan. Simulasi dilakukan dengan menggunakan model iklim skala regional REMO yang dikembangkan oleh Max Plank Institute. Data masukan berupa hasil reanalisa keluaran ECMWF (ERA 15) selama 15 tahun dari tahun 1979 s.d Perubahan parameter yang terjadi dilihat melalui suatu anomali, yaitu selisih antara nilai parameter pada simulasi masing-masing skenario terhadap simulasi kontrol. Dalam hal ini, data rasio vegetasi dari USGS dimodifikasi sehingga menghasilkan 4 kondisi tutupan hutan yang berbeda. Kondisi pertama sebagai kontrol (baseline) dimana rasio hutan tidak mengalami perubahan, kondisi kedua terjadi penurunan rasio hutan sebesar 25%, kondisi ketiga terjadi penurunan rasio hutan sebesar 50%, dan kondisi keempat terjadi penambahan rasio hutan sebesar 20%. Parameterparameter permukaan lainnya, seperti albedo permukaan, leaf area index, tipe vegetasi, dan kapasitas lapang juga disesuaikan. Proses perubahan rasio dilakukan secara random pada initial condition. Nilai rasio vegetasi tiap grid diganti menggunakan program secara otomatis hingga rasio total hutan berubah sesuai dengan skenario yang ditetapkan dan perubahan ini dianggap statis selama 15 tahun. Hasil simulasi dengan 4 kondisi tutupan hutan yang berbeda menunjukan adanya perubahan pada parameter iklim permukaan. Deforestasi akan berpengaruh pada kenaikan temperatur permukaan, penurunan evaporasi permukaan, dan perubahan pola dan intensitas curah hujan. Secara spasial, anomali temperatur permukaan antara skenario deforestasi 25% - kontrol berkisar antara 0,1 2,5 K, skenario deforestasi 50% - kontrol berkisar antara 0,2 5 K, sedangkan skenario reforestasi 20% - kontrol berkisar antara 0 (-2,5) K. Secara temporal, anomali temperatur permukaan cenderung mengalami kenaikan dari tahun ke tahun. Anomali evaporasi permukaan secara spasial antara skenario deforestasi 25% - kontrol berkisar antara 0 0,6 mm/hari, skenario deforestasi 50% - kontrol berkisar antara 0,2 0,9 mm/hari, sedangkan skenario reforestasi 20% - kontrol berkisar antara 0 (-0,4) mm/hari. Perubahan yang terjadi pada parameter curah hujan konvektif secara spasial tidak homogen di seluruh wilayah, ada kawasan yang mengalami peningkatan dan ada pula yang mengalami penurunan intensitas curah hujan. Kata Kunci: Deforestasi, Reforestasi, REMO, Rasio Hutan ii

6 SIMULATION DEFORESTATION AND REFORESTATION EFFECT TO CLIMATE PARAMETERS CHANGE BY USING REGIONAL MODEL (REMO) (Case Study: Borneo Island) ABSTRACT This research concerned on the effect of forest ratio change to some climate parameters, such as surface temperature, surface evaporation, and convective precipitation over Borneo Island. This simulation is uses regional climate model REMO, developed by Max Plank Institute. Input data is taken from ECMWF reanalysis data (ERA 15) during 15 years from 1979 until The parameters change is showed by an anomaly. Anomaly is the difference between parameters value on each scenarios with control simulation (baseline). In this case, vegetation ratio data from USGS was modified to obtain four different condition of forest cover. The first as control (baseline), forest ratio is not changed; the second, forest ratio decreased by 25%; the third, forest ratio decreased by 50%; and the fourth, forest ratio increased by 20%. Another surface parameter, such as: surface albedo, leaf area index, vegetation type, and field capacity of soil also changed. The way to change the forest ratio is by using random method at the initial condition. By using a program, vegetation ratio on each grid is changed automatically until the total ratio is appropriate with scenario and this changes are assumed to be static during 15 years. Simulation with four different condition of forest cover shows the change of surface climate parameters. Deforestation can affect surface temperature increase, surface evaporation decrease, and precipitation pattern and intensity are changed. Spatially, surface temperature anomaly between deforestation scenario 25% - control is K, deforestation scenario 50% - control is K, while reforestation scenario 20% - control is 0 (-2.5) K. Temporally, surface temperature shows anomaly trend from year to year. Surface evaporation spatially between deforestation 25% - control is mm/day, deforestation scenario 50% - control is mm/day, while reforestation scenario 20% - control is 0 (-0.4) mm/day. Spatially, convective precipitation change is not homogenous all over the region, intensity of precipitation increases in some region and decreases in another region. Keyword: Deforestation, Reforestation, REMO, Forest Ratio. iii

7 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... ii ABSTRACT... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... x DAFTAR LAMPIRAN.. xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... I Permasalahan... I Batasan Masalah... I Tujuan... I Sistematika Pembahasan. I - 5 BAB II TEORI DASAR 2.1 Perubahan Iklim... II Kondisi dan Perubahan Tutupan Hutan Kalimantan. II Kondisi Hutan di Kalimantan.. II Deforestasi dan Degradasi Hutan Di Kalimantan II Pengaruh Hutan Terhadap Iklim. II Keseimbangan Energi dan Kaitannya Terhadap Iklim.. II Panas Sensible... II Panas Laten... II Curah Hujan Konvektif II Model Regional REMO... II - 10 iv

8 2.4.1 Deskripsi Model... II Karakteristik Model.. II Verifikasi Model..... II - 14 BAB III DATA DAN METODOLOGI 3.1 Data dan Daerah Penelitian. III Data... III Daerah Penelitian.. III Metodologi... III Tahap Compiler Installation. III Tahap Persiapan (Pre-processing).. III Tahap Menjalankan REMO (Running Model) III Tahap post-processing.. III - 9 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Perubahan Rasio Hutan. IV Analisis Spasial Parameter Permukaan.. IV Analisis Spasial Sensible dan Latent Heat Flux... IV Analisis Spasial Temperatur dan Evaporasi Permukaan IV Analisis Curah Hujan Konvektif.. IV Anomali Parameter Permukaan... IV Anomali Temperatur Permukaan. IV Anomali Spasial Komposit Temperatur Permukaan IV Anomali Rata-Rata Bulanan Temperatur Permukaan.. IV Anomali Temperatur Rata-Rata 15 Tahun IV Anomali Evaporasi Permukaan IV Anomali Spasial Komposit Evaporasi Permukaan. IV Anomali Rata-Rata Bulanan Evaporasi Permukaan IV Anomali Curah Hujan Konvektif.. IV Anomali Spasial Komposit Curah Hujan Konvektif IV - 24 v

9 Anomali Rata-Rata Bulanan Curah Hujan Konvektif.. IV Pembahasan Umum. IV - 28 BAB V KESIMPULAN. V - 1 DAFTAR PUSTAKA... DP - 1 LAMPIRAN... L - 1 vi

10 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Grafik anomali temperatur global.. II - 1 Gambar 2.2 Perubahan kondisi hutan antara (a) pertengahan tahun 1980 dan (b) awal tahun 2000 II - 3 Gambar 2.3 Penurunan tutupan vegetasi hutan antara tahun 1985 s.d II - 4 Gambar 2.4 Keseimbangan energi permukaan... II - 6 Gambar 2.5 Profil vertikal temperatur potensial ekivalen rata-rata e pada musim hujan (bulan Januari).. II - 9 Gambar 2.6 Proses downscaling model REMO.. II - 10 Gambar 2.7 Asal mula model iklim regional REMO... II - 11 Gambar 2.8 Model komputasi grid Arakawa-C 2 dimensi (kiri) dan 3 dimensi (kanan)... II - 12 Gambar 2.9 Struktur vertikal model REMO dengan 20 lapisan... II - 12 Gambar 2.10 Grafik perbandingan CH hasil simulasi dengan data stasiun.. II - 15 Gambar 3.1 Domain simulasi model REMO.. III - 2 Gambar 3.2 Domain kajian penelitian III - 2 Gambar 3.3 Diagram alir penelitian III - 4 Gambar 3.4 Proses penurunan nilai rasio vegetasi secara random... III - 6 Gambar 3.5 Diagram alir perubahan rasio hutan.. III - 7 Gambar 4.1 Jumlah pixel dalam domain penelitian.. IV - 1 Gambar 4.2 Plot spasial rasio hutan (a) simulasi kontrol, (b) deforestasi 25%, (c) deforestasi 50%, dan (d) reforestasi 20%... IV - 2 Gambar 4.3 Plot spasial rata-rata bulanan parameter permukaan (a) Sensible Heat Flux, (b) Latent Heat Flux, (c) vii

11 Temperatur permukaan, (d) Evaporasi permukaan. Kasus diambil pada bulan maret 1983 pukul 00.00, 06.00, 12.00, dan UTC untuk simulasi kontrol, deforestasi 25%, deforestasi 50%, dan reforestasi 20% IV - 3 Gambar 4.4 Plot spasial sensible heat flux bulan Maret 1983 Pukul UTC... IV - 5 Gambar 4.5 Plot spasial latent heat flux bulan Maret 1983 Pukul UTC... IV - 6 Gambar 4.6 Plot spasial temperatur permukaan bulan Maret 1983 Pukul UTC IV - 7 Gambar 4.7 Plot spasial evaporasi permukaan bulan Maret 1983 Pukul UTC IV - 8 Gambar 4.8 Plot spasial curah hujan konvektif bulan Maret 1983 Pukul 00.00, 06.00, 12.00, dan UTC untuk simulasi kontrol, deforestasi 25%, deforestasi 50%, dan reforestasi 20%... IV - 10 Gambar 4.9a Plot spasial CH konvektif bulan Maret 1983 Pukul UTC... IV 11 Gambar 4.9b Anomali vektor angin skenario deforestasi25% - kontrol UTC... IV 11 Gambar 4.10 Anomali spasial komposit temperatur permukaan (a) bulan Januari (perioda DJF) dan (b) bulan Juli (perioda JJA) pada pukul 00.00, 06.00, 12.00, dan UTC untuk anomali deforestasi 25% - kontrol, deforestasi 50% - kontrol, dan reforestasi 20% - kontrol. IV - 13 Gambar 4.11 Anomali spasial komposit bulan Juli pukul UTC untuk anomali deforestasi 25% - kontrol, deforestasi 50% - kontrol, dan reforestasi 20% - kontrol. IV - 15 Gambar 4.12 Time series anomali rata-rata bulanan temperatur permukaan pukul UTC untuk anomali deforestasi viii

12 25%-kontrol, deforestasi 50%-kontrol, dan reforestasi 20%-kontrol. IV - 16 Gambar 4.13 Grafik perbandingan trend kenaikan temperatur permukaan rata-rata bulanan pukul UTC untuk anomali deforestasi 25%-kontrol, deforestasi 50%- kontrol, dan reforestasi 20%-kontrol.. IV - 18 Gambar 4.14 Grafik anomali temperatur rata-rata 15 tahun... IV - 20 Gambar 4.15 Anomali spasial komposit bulan Juli pukul UTC untuk anomali deforestasi 25% - kontrol, deforestasi 50% - kontrol, dan reforestasi 20% - kontrol. IV - 21 Gambar 4.16 Grafik perbandingan trend kenaikan evaporasi permukaan rata-rata bulanan pukul UTC untuk anomali deforestasi 25%-kontrol, deforestasi 50%- kontrol, dan reforestasi 20%-kontrol. IV - 22 Gambar 4.17 Anomali spasial komposit curah hujan konvektif (a) bulan Januari (perioda DJF) dan (b) bulan Juli (perioda JJA) pada pukul 00.00, 06.00, 12.00, dan UTC untuk anomali deforestasi 25% - kontrol, deforestasi 50% - kontrol, dan reforestasi 20% - kontrol. IV - 24 Gambar 4.18 Anomali spasial komposit bulan april pukul UTC untuk anomali deforestasi 25% - kontrol, deforestasi 50% - kontrol, dan reforestasi 20% - kontrol. IV - 26 Gambar 4.19 Time series anomali rata-rata bulanan curah hujan konvektif pukul UTC untuk anomali deforestasi 25% - kontrol, deforestasi 50% - kontrol, dan reforestasi 20% - kontrol. IV - 27 Gambar 4.20 Diagram alir pembahasan umum penelitian... IV - 28 ix

13 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Luas hutan di pulau Kalimantan. II - 4 Tabel 2.2 Verifikasi output model REMO dengan data observasi. II - 14 Tabel 4.1 Luas wilayah dan persentase luas daerah penelitian... IV - 1 Tabel 4.2 Rasio hutan kondisi kontrol dan masing-masing skenario.. IV - 2 Tabel 4.3 Anomali temperatur rata-rata 15 tahun... IV - 19 x

14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Persamaan - Persamaan Dasar yang Digunakan dalam REMO. L - 1 Lampiran 2. Parameter Input dan Output dalam Model REMO. L - 5 Lampiran 3. Data Nilai Parameter Tutupan Lahan Hagemann L - 7 Lampiran 4. Script Skenario Perubahan Rasio Hutan. L - 8 Lampiran 5. Script Menjalankan REMO (remo_ind_chain)... L - 11 Lampiran 6. Script Visualisasi Anomali Komposit (mean12.scr) L - 13 Lampiran 7. Script Dump Anomali Rata-Rata Wilayah (Dump12.scr)... L - 14 Lampiran 8. Analisis Spasial Curah Hujan Konvektif. L - 15 Lampiran 9. Anomali spasial komposit temperatur permukaan... L - 17 Lampiran 10. Anomali spasial komposit evaporasi permukaan. L - 18 Lampiran 11. Anomali spasial komposit evaporasi permukaan. L - 20 Lampiran 12. Anomali rata-rata bulanan temperatur permukaan.. L - 21 Lampiran 13. Trend Anomali Temperatur Permukaan.. L - 22 Lampiran 14. Trend Anomali Evaporasi Permukaan. L - 23 Lampiran 15. Anomali rata-rata bulanan curah hujan konvektif... L - 24 xi