KAJIAN MODEL DAISYWORLD:PENAMBAHAN JUMLAH DAISY DAN

PENINGKATAN DIMENSI MODEL

ANDI SYAHID MUTTAQIN(22412004)

MK. Pemodelan IklimSains Kebumian

2013

PENDAHULUAN

o Latar Belakang:

James Lovelock (1972) pertama kali mengusulkan hipotesis, yang kini sudah menjadi teori, mengenai konsep ekologis yang menyatakan bahwa Biosfer dan komponen fisik Bumi lainnya saling menyatu untuk membentuk sistem interaksi yang menjaga keadaan iklim dan biogeokimia di Bumi tetap dalam kesetimbangan HipotesisGaia.

Namun, hipotesisi ini banyak ditentang oleh para peneliti lain.

Sebagai tanggapan atas penolakan tersebut, Lovelock bersama dengan Andrew Watson (1983) membangun model Daisyworld, yaitu model planet imajiner yang dihuni oleh dua spesies bunga Aster (Daisy), yang diharapkan mendukung hipotesis‘Gaia’.

Pada dasarnya, pemodelan iklim digunakan untuk memahami tingkah laku sistem Bumi. Namun, memahami sistem Bumi dengan melakukan penyusunan model akansulit dilakukan jika kerumitan dari seluruh komponen iklim Bumi turut diperhitungkan Solusi: Model sederhana.

Salah satu contoh model sederhana yang baik dan dapat digunakan untuk proses pembelajaran model iklim adalah model Daisyworld.

Salah satu manfaat model ini dalam bidang pemodelan iklim adalah dipahaminya mekanisme umpan-balik (feedback) albedo terhadap kondisi iklim global suatu planet.

PENDAHULUAN

o Perumusan Masalah

Kajian ini, pada khususnya, akan berusaha mengungkapkan mekanisme feedbackalbedo yang akan terjadi jika modifikasi dilakukan terhadap model Daisyworldawal (Watson dan Lovelock, 1983).

Beberapa modifikasi yang akan coba dilakukan adalah:

1. Menambah jumlah spesies yang menghuni planet imajiner Daisyworld; dan

2. Menambahkan variasi penerimaan energi Matahari pada setiap lintang yang berbeda.

Beberapa asumsi yang digunakan dalam model adalah:

1. Model Daisyworld adalah sebuah planet tanpa Atmosfer dan lautan, walaupun pada kenyataannya kedua komponen tersebut berperan sebagaipenyimpan panas dan menentukan transfer panas horizontal;

2. Transfer panas dalam model didekati dengan nilai q (koefisien fluks panas);

3. Karena model ini tidak memiliki komponen iklim secara lengkap, makamekanisme yang ingin dipahami hanyalah mekanisme albedo; dan

4. Pertumbuhan Daisy hanya dipengaruhi oleh suhu (rentang suhu sama untuksemua spesies Daisy), ruang, dan waktu, sehingga diasumsikan bahwa air, nutrien, dan udara selalu tersedia.

PENDAHULUAN

o Tujuan

Tujuan dari kajian ini adalah mereplikasi dan memodifikasi kembali model Daisyworld agar mekanisme feedback albedo terhadap kondisi iklim global dapat dipahami dengan lebih baik.

Perlu diingat bahwa, modifikasi dari model harus diupayakan sesederhana mungkin mengingat keunggulan dari model ini terletak pada kesederhanaanmodel yang mampu menggambarkan mekanisme feedback albedo dengan baik.

Dalam kajian ini, modifikasi yang dilakukan berupa penambahan spesies Daisydan menambahkan variasi penerimaan energi berdasarkan lintang.

o Metode Penelitian

Beberapa metode umum yang digunakan dalam mengkaji permasalahan iniadalah:

1. Prinsip keseimbangan energi,

2. Hubungan albedo dan suhu, dan

3. Pertumbuhan optimum tanaman.

Ketiga metode umum tersebut digunakan untuk menghitung kondisi iklim global dalam planet Daisyworld yang disebabkan oleh feedback albedo masing-masing spesies Daisy.

TINJAUAN PUSTAKA

Peneliti Judul Tahun Hasil

James E. Lovelock

Letter to the editors, Gaia as seen through the atmosphere

1972Lovelock pertama kalimengungkapkan hipotesisnya yang disebut sebagai hipotesis ‘Gaia’.

Lovelock danMargulis

Atmospheric homeostasis by and for the biosphere: the gaiahypothesis

1974

Melanjutkan kajiannya untuk mencari bukti-bukti ilmiah lain yang dapat mendukung hipotesis ‘Gaia’.

LovelockThe regulation of carbon dioxide and climate: Gaia or geochemistry

1982

Komposisi gas-gas Atmosfer akanberbeda tergantung pada ada atautidaknya kehidupan di Bumi.

Lovelock dan Watson

Biological homeostasis of the global environment: the parable of Daisyworld

1983

Membangun sebuah modelsederhana yang menggambarkanketerkaitan antara Biosfer denganplanet yang didiaminya (modelDaisyworld).

TINJAUAN PUSTAKA

Peneliti Judul Tahun Hasil

LovelockGeophysiology: a new look at earth science

1986

Memodifikasi model Daisyworlddengan menambahkan komponenkomponen lain ke dalam model (predator dan penyakit).

LovelockGeophysiology, the science of Gaia

1989

Model dimodifikasi sedemikian rupasehingga jumlah spesies Daisy dalammodel diperbanyak menjadi sepuluhspesies.

WittwerDaisyworld modeling and feedback mechanisms

2005

Mereplikasi kembali dan memodifikasimodel Daisyworld awal tersebut. Modifikasi yang diklaim sebagai halbaru adalah penambahan variasilintang sehingga model Daisyworldyang semula nol-dimensi menjadisatu-dimensi.

METODOLOGI

o Konsep Keseimbangan Energi

Pendekatan model Daisyworld menggunakan asumsi bahwa energi yang masukdan energi yang keluar berada dalam keseimbangan.

Variasi temporal model ini memiliki nilai yang cukup besar.

Peningkatan radiasi Matahari dari 60 hingga 180% dari suatu nilai radiasiMatahari konstan (1000 Wm-2) diperkirakan terjadi selama 3 milyar tahun.

o Model Daisyworld

Perumusan matematis model Daisyworld merupakan perumusan sederhana.

Laju pertumbuhan Daisy dinyatakan dalam β.

Laju penambahan luasan Daisy merupakan fungsi dari β, luasan lahan tersisa, dan laju kematian.

METODOLOGI

o Diagram Alir Model

Langkah-langkah perhitungan dalam model Daisyworld awal maupun modifikasimerujuk pada suatu langkah umum yang mendeskripsikan proses-proses yang terlibat dalam model yang ditunjukkan pada diagram alir berikut.

Perhitungan:

Albedo Planet, Suhu

Emisi, Suhu Lokal

Pertumbuhan

Daisy

Tambahkan pertumbuhan

& batasan luasan Daisy

Untuk masing-masing

iterasi

waktu

Konstanta dan

Kondisi AwalS0

(variabel)

Hasil:

Suhu Emisi,

Luasan Daisy

Grafik

HASIL

Hasil yang akan ditampilkan dalam bagian ini disusun secara sistematis bermuladari model Daisyworld berdimensi nol dengan jumlah spesies Daisy terkecil (duaspesies, yaitu Daisy hitam dan putih), kemudian model dimodifikasi sehinggaspesies Daisy ditambahkan menjadi tiga, dan kemudian empat spesies.

Selanjutnya, disajikan pula hasil model yang telah dimodifikasi sedemikian rupasehingga memungkinkan kita untuk menentukan sendiri jumlah spesies Daisyyang akan diperhitungkan dalam model tersebut.

Selain itu, ditampilkan pula hasil pengembangan model yang mengakomodasivariasi penerimaan energi Matahari pada masing-masing lintang dalam dua jenismodel, yaitu 1) belum mengakomodasi transfer panas antar-lintang, dan 2) telahmemperhitungkan transfer panas antar-lintang.

HASIL

o Replikasi Model Daisyworld Awal

Gambar IV.1. Hasil replikasi model Daisyworld awal: (a) Perubahan luasan Daisy terhadap waktu, dan(b) Perubahan suhu dan Albedo planet terhadap waktu.

(a) (b)

HASIL

o Modifikasi Model Daisyworld

Gambar IV.2. Hasil modifikasi model Daisyworld berupa penambahan satu (atas) dan dua (bawah) spesies Daisy baru: (kiri) Perubahan luasan Daisy terhadap waktu, dan (kanan) Perubahan suhu danAlbedo planet terhadap waktu.

HASIL

o Automatisasi Penambahan Spesies Daisy Baru

Gambar IV.3. Hasil modifikasi model Daisyworld berupa penambahan sejumlah spesies Daisybaru yang berpengaruh terhadap perubahan suhu dan Albedo planet terhadap waktu.

HASIL

o Peningkatan Dimensi Model (tanpa transfer panas antar-lintang)

HASIL

o Peningkatan Dimensi Model (dengan transfer panas antar-lintang)

PEMBAHASAN

o Peningkatan Dimensi Model

Model yang terbentuk menunjukkan bahwa gagasan awalmengenai model Daisyworld dapat diaplikasikan secaraspasial seperti yang sebelumnya telah diterapkan secaratemporal.

Pada dasarnya, mekanisme yang terbentuk dalam modelsatu-dimensi ini akan serupa dengan mekanisme modelDaisyworld nol-dimensi.

Pada awal kehidupan Daisyworld dimana kondisi energiradiasi Matahari rendah, penerimaan radiasi di Ekuator relatiflebih tinggi dibandingkan dengan di Kutub, sehingga akanterjadi perbedaan suhu dan perbedaan laju pertumbuhanDaisy antar lintang.

Hal ini berpotensi membuat sebaran Daisy bervariasi terhadap lintang.

Sedangkan, dalam konsep transfer panas antar-lintang, panas yang berada dalam suatulintang akan ditransferkan ke lintang yang ada di dekatnya jika terdapat selisih suhu antarkedua lintang yang berdekatan tersebut.

Hal ini mengakibatkan sebaran Daisy yang tumbuh semakin meluas menuju Kutub pada satuwaktu tertentu dibandingkan dengan sebaran Daisy pada model yang belum memasukantransfer panas antar-lintang.

Hasil model satu-dimensi dengan menambahkan transfer panas antar-lintang menunjukkanbahwa distribusi spasial-temporal suhu-stabil maupun albedo terdistribusi lebih luas dimanalintang yang sebelumnya tidak terpengaruh suhu-stabil kini menjadi terpengaruh.

http://www3.geosc.psu.edu

KESIMPULAN

o Model Daisyworld yang telah dibangun pertama kali oleh Watson danLovelovk (1983) sudah dapat direplikasi dengan baik.

o Berdasarkan eksperimen sederhana mengenai penambahan spesies Daisy kedalam model, didapatkan bahwa semakin banyak spesies maka suhu stabilyang terbentuk akan memiliki periode semakin pendek serta siklus hidupDaisy akan semakin pendek.

o Selain itu, ditemukan pula suatu kapasitas maksimum model Daisyworlddalam menampung jumlah spesies dimana kapasitas maksimum adalah 100spesies.

o Hasil yang didapatkan dari model Daisyworld satu-dimensi dapatmenggambarkan perubahan nilai albedo, suhu, maupun luasan Daisy baiksecara spasial maupun temporal sehingga dapat memberikan sudut pandangbaru dalam mengkaji model Daisyworld.

o Penambahan transfer panas antar-lintang ke dalam model menghasilkankondisi sebaran spasial-temporal albedo, suhu, dan luasan Daisy menjadi lebihterdistribusi secara spasial sehingga pengaruh feedback albedo dapatmencakup luasan yang lebih luas dibandingkan dengan model yang belummengakomodasi transfer panas antar-lintang.

DAFTAR PUSTAKA

Lovelock, J.E. (1972) : Letter to the editors, Gaia as seen through the atmosphere,Atmospheric Environment, 6, 579 – 580.

___________, dan Margulis, L. (1974) : Atmospheric homeostasis by and for thebiosphere: the gaia hypothesis, Tellus, 1(2), 2 – 9.

___________. (1982) : The regulation of carbon dioxide and climate: Gaia orgeochemistry, Planet. Space Sci, 30(8), 795 – 802.

___________. (1986) : Geophysiology: a new look at earth science, Bull. of theAmerican Met. Soc, 67(4).

___________. (1989) : Geophysiology, the science of Gaia, Reviews of Geophysics,17, 215 – 222.

Watson, A.J., dan Lovelock, J.E. (1983) : Biological homeostasis of the globalenvironment: the parable of Daisyworld, Tellus, 35B, 284 – 289.

Wittwer, M. (2005) : Daisyworld modeling and feedback mechanisms,Environmental Engineering Project (640.476).

Terima Kasih