Karakteristik Turbulensi pada Lahan Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq.) serta Pengaruhnya terhadap Transfer Momentum dan Neraca Energi (Studi Kasus: PT. Perkebunan Nusantara VI Batanghari, Provinsi Jambi)
Abstract
Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari interaksi antara tanamanatmosfer
dalam membentuk aliran turbulen pada lahan kelapa sawit PTPN VI
Batanghari, Jambi dengan tinggi tanaman 14.8 meter dan indeks luas daun 2.05.
Aliran udara yang melewati kanopi kelapa sawit seluruhnya merupakan aliran
turbulen, baik untuk atmosfer stabil, netral, maupun tidak stabil. Aliran udara di
atas kanopi membentuk profil logaritmik, sedangkan dibawah kanopi membentuk
profil eksponensial dengan gradien yang bervariasi terhadap stabilitas atmosfer.
Profil angin dianalisis secara aerodinamik dan dikoreksi menggunakan teori
kesamaan Monin-Obukhov untuk mendapatkan karakteristik kekasapan
permukaan yang berupa perpindahan bidang nol (d), panjang kekasapan (zo), dan
kecepatan kasap (u*). Nilai perpindahan bidang nol (d) pada lahan kelapa sawit
berkisar 10.31-11.14 meter, panjang kekasapan (zo) berkisar 0.18-0.49 meter, dan
kecepatan kasap (u*) bekisar 0.13-0.20 m/s. Peningkatan kecepatan angin di atas
kanopi akan meningkatkan u* yang berkorelasi dengan besarnya zo, d, koefisien
drag (CD), intensitas turbulensi, energi kinetik turbulensi (TKE), dan fluks
turbulen. Semua karakteristik kekasapan permukaan dan statistik turbulensi
memiliki profil diurnal yang jelas akibat variasi stabilitas atmosfer, yaitu
meningkat saat siang hari ketika atmosfer tidak stabil dan turun saat malam hari
ketika atmosfer stabil, kecuali CD dan zo yang meningkat menjelang pagi dan
sore hari ketika atmosfer netral dan turun ketika atmosfer tidak netral (siang dan
malam hari). Awalnya semua karakteristik kekasapan permukaan dan statistik
turbulensi meningkat akibat peningkatan kecepatan angin. Ketika kecepatan angin
mampu menggerakkan kanopi (pada penelitian ini sebesar 1.1 m/s), zo dan CD
akan menurun sedangkan u*, d, dan statistik turbulensi tetap meningkat seiring
peningkatan kecepatan angin.
Energi kinetik turbulensi (TKE) merupakan salah satu variabel yang
menggambarkan kekuatan turbulensi pada lahan kelapa sawit. Perubahan TKE
terhadap waktu dinyatakan dalam neraca energi kinetik turbulensi. Turbulensi
dibangkitkan oleh wind shear ketika malam hari dan kombinasi wind shearbuoyancy
ketika siang hari, didistribusikan oleh fluktuasi tekanan dan divergensi,
dan meluruh atau disipasi menjadi energi termal. Disipasi merupakan komponen
neraca energi kinetik turbulensi yang paling kuat, sedangkan fluktuasi tekanan
merupakan komponen paling lemah. Komponen wind shear memiliki arah
horizontal dan buoyancy memiliki arah vertikal, oleh karena itu turbulensi pada
seluruh kedalaman lapisan perbatas permukaan lebih efektif diproduksi oleh
buoyancy ketika siang hari. Turbulensi mengontrol besarnya fluks bahang dan
momentum antara permukaan atau kanopi tanaman dengan atmosfer diatasnya,
dimana fluks momentum dikontrol oleh wind shear dan fluks bahang dikontrol
oleh buoyancy. Fluks momentum dan fluks bahang turbulen dihitung
menggunakan tiga metode, yaitu kovarian eddy (EC) sebagai metode utama dan
metode aerodinamik dan K-theory sebagai metode tambahan. Rata-rata diurnal
momentum yang dipindahkan antara kanopi kelapa sawit dengan atmosfer
berdasarkan metode EC sebesar 4.7 x 10-2 N/m2, bahang terasa yang
dipertukarkan sebesar 47 W/m2, dan bahang laten yang dipertukarkan sebesar 87
W/m2. Turbulensi juga berpengaruh terhadap perubahan atau gradien suhu udara
di sekitar kanopi kelapa sawit, namun tidak berpengaruh secara nyata terhadap
nilai absolut suhu udara. Komponen neraca energi kinetik turbulensi yang
berpengaruh terhadap perubahan suhu udara di sekitar kanopi adalah transportasi
netto, yaitu selisih antara transportasi masuk oleh fluktuasi tekanan udara dan
transportasi keluar melalui divergensi. Besarnya fluks bahang turbulen beserta
fluks bahang non turbulen (fluks bahang tanah) berkaitan dengan neraca energi
permukaan atau keseimbangan dalam penggunaan radiasi pada lahan kelapa sawit.
Radiasi netto yang diterima lahan kelapa sawit rata-rata sebesar 170 W/m2/hari.
Tanaman kelapa sawit cenderung menggunakan radiasi netto untuk
evapotranspirasi (fluks bahang laten) dengan rasio sebesar 57%, diikuti oleh fluks
bahang terasa dengan rasio sebesar 28%, fluks bahang tanah dengan rasio sebesar
6%, dan sisanya sebagai fluks bahang tersimpan.