Ulasan Buku Fisika Lingkungan Karya Monteith dan Unsworth + link unduh

Gambar fitur

Climate4life.info - Ulasan buku tentang Fisika Lingkungan karya Monteith dan Unsworth serta pranala untuk mendapatkannya

Identitas Buku

1. Judul Asli: "Principles of Environmental Physics: Plants, Animals, and the Atmosphere"
2. Penulis: John L. Monteith dan Mike H. Unsworth
3. Penerbit: Academic Press
4. Tahun Terbit: 2014

Memuat...

alert-success

Deskripsi

Tentang Buku Ini

Buku Prinsip Fisika Lingkungan: Tumbuhan, Hewan, dan Atmosfer, Edisi Keempat ini memberikan dasar pemahaman terhadap interaksi fisik yang kompleks antara flora dan fauna dengan lingkungan alam mereka. 

Sampul depan buku Principles of Environmental Physics: Plants, Animals, and the Atmosphere

Gambar: Amazon.com

Merupakan referensi esensial bagi ilmuwan dan peneliti lingkungan serta ekologi, buku ini menyajikan prinsip-prinsip fisik, alat analisis, dan metode analisis data yang dibutuhkan untuk mengatasi tantangan penelitian. 

Terperinci menjelaskan prinsip-prinsip dasar terkait energi radiasi pada permukaan bumi dan menyajikan wawasan terkini tentang anggaran radiasi permukaan. Proses radiasi, konveksi, konduksi, penguapan, dan pertukaran karbon dioksida dianalisis secara mendalam. 

Banyak aplikasi prinsip fisika lingkungan dijelaskan, mencakup peran albedo permukaan dan aerosol atmosfer dalam memodifikasi mikroklimat dan iklim, pemantauan jarak jauh properti vegetasi, gaya angin pada pohon dan tanaman, serta interpretasi pengukuran mikrometeorologi flux gas karbon dioksida dan gas jejak lainnya.

Fitur Utama

Fitur utama pada buku karya Monteith dan Unsworth ini antara lain:

1. Sintesis unik dari mikrometeorologi dan ekologi.
2. Pendekatan kuantitatif terhadap dampak cuaca pada sistem kehidupan dan interaksi organisme dengan atmosfer.
3. Beragam contoh kasus dan pemecahannya.
4. Demonstrasi pengukuran laboratorium dan lapangan beserta interpretasinya.
5. Daftar pustaka terkini dan tinjauan aplikasi mikrometeorologi dalam kehutanan, ekologi, hidrologi, dan pertanian.

Daftar Bab dan Topiknya

Chapter 1: The Scope of Environmental Physics

Bab ini mendefinisikan lingkup Fisika Lingkungan dan membentuk kerangka untuk bab-bab berikutnya. Fisika Lingkungan, sebagaimana didefinisikan di sini, melibatkan pengukuran dan analisis interaksi antara organisme dan lingkungannya. 

Lingkungan fisik terdiri dari lima komponen kritis untuk kelangsungan hidup tanaman dan hewan: energi radiasi, air, mineral, suhu, dan stimuli dalam ruang dan waktu. Bab ini menekankan sifat lintas disiplin Fisika Lingkungan, berfungsi sebagai penghubung antara ilmu biologi dan fisika. 

Bab ini mengeksplorasi modifikasi yang dilakukan oleh organisme terhadap lingkungan dan sebaliknya.

Chapter 2: Properties of Gases and Liquids

Bab ini menggali sifat-sifat gas dan cairan, khususnya air, yang relevan untuk Fisika Lingkungan. Sifat fisik yang penting seperti kepadatan, kapasitas panas, dan difusivitas molekuler memengaruhi pertukaran antara organisme, permukaan tanah, dan sekitarnya. 

Persamaan yang mendefinisikan keadaan gas dan air cair dikembangkan, membentuk dasar untuk bab-bab berikutnya.

Chapter 3: Transport of Heat, Mass, and Momentum

Bab ini memperkenalkan konsep dan prinsip kunci yang esensial untuk fisika lingkungan. Bab ini mengeksplorasi bagaimana keadaan atmosfer dan permukaan memengaruhi transportasi entitas seperti panas, massa, dan momentum. 

Persamaan umum untuk transportasi gas oleh pembawa, seperti molekul atau partikel, dihasilkan. Diskusi mencakup tiga bentuk transfer—panas, massa, dan momentum—menyoroti dasar bersama mereka dalam agitasi molekuler.

Chapter 4: Transport of Radiant Energy

Bab ini meninjau sifat radiasi elektromagnetik dan prinsip absorpsi dan emisi oleh permukaan. Konsep dasar seperti radiasi "black body" dan resistansi radiasi diperkenalkan, menjelaskan pertukaran antara permukaan dan lapisan atmosfer. 

Bab ini diakhiri dengan diskusi tentang attenuasi radiasi dan hukum-hukum yang mengatur transportasi energi radiasi.

Chapter 5: Radiation Environment

Hampir semua energi untuk proses fisik dan biologis di permukaan Bumi berasal dari matahari. Bab ini meninjau jumlah radiasi matahari, kualitasnya, dan interaksinya dengan atmosfer. Geometri matahari-Bumi, aspek spektral radiasi, dan rasio radiasi terlihat dan radiasi inframerah dibahas. 

Bab ini mengeksplorasi radiasi terestrial (panjang gelombang panjang), menekankan keseimbangan radiasi bersih pada skala waktu yang berbeda dan berbagai permukaan.

Chapter 6: Microclimatology of Radiation (i) Radiative Properties of Natural Materials

Bab ini mengeksplorasi bagaimana permukaan menyerap, memantulkan, dan menghantarkan energi radiasi, mempertimbangkan panjang gelombang dan sudut insiden. Properti radiatif air, tanah, daun, kanopi vegetasi, dan mantel hewan diperiksa.

Peran faktor-faktor seperti struktur tanah, distribusi sudut daun, dan sifat spektral dalam penyadapan radiasi diuraikan dengan lengkap.

Chapter 7: Microclimatology of Radiation (ii) Radiation Interception by Solid Structures

Dalam mikroklimatologi dan mikrometeorologi, fluks radiatif biasanya diungkapkan per unit area tanah. Dalam fisika lingkungan, kita juga peduli dengan radiasi yang diintersep oleh daun pada sudut di kanopi, permukaan tanah miring, dan bulu hewan. 

Bab ini menjelaskan metode untuk mengestimasi radiasi yang diintersep oleh struktur padat dengan menggantungkan pada geometri permukaan (menentukan "faktor bentuk") dan sifat arah radiasi yang jatuh.

Faktor bentuk diturunkan untuk bentuk geometris sederhana seperti elipsoid, kerucut, dan silinder, yang bentuknya sering dapat didekati dengan binatang, pohon, dan semak. Radiasi langsung dan difus diperlakukan.

Chapter 8: Microclimatology of radiation (iii) Interception by Plant Canopies and Animal Coats

Persamaan untuk mengestimasi penyelipan diperoleh untuk kanopi dengan distribusi sudut daun yang diasumsikan (horizontal, vertikal, elipsoid, kerucut), dan untuk radiasi langsung dan difus secara terpisah. 

Prinsip-prinsip ini kemudian diperluas untuk kanopi daun dengan properti spektral, menggunakan persamaan Kubelka-Munk. Bab ini dilanjutkan dengan diskusi tentang absorpsi radiasi yang terkait dengan radiasi aktif fotosintesis (PAR), yang diketahui berkorelasi dengan produktivitas tanaman. 

Prinsip di balik penginderaan jauh tumbuhan dari satelit dan pesawat udara dibahas. Penyelipan radiasi oleh bulu hewan bergantung pada sifat radiatif rambut dan kulit, serta pada kedalaman dan kerapatan bulu, analog dengan peran sifat daun dan tanah dan kerapatan kanopi dalam menentukan penyelipan radiasi oleh kanopi. 

Bab ini diakhiri dengan diskusi pemodelan dan pengukuran radiasi bersih yang diserap oleh kanopi, daun, dan hewan.

Chapter 9: Momentum Transfer

Ini adalah bab pertama dari beberapa bab yang membahas prinsip-prinsip di mana energi yang diserap saat tanaman dan hewan terpapar radiasi dialihkan ke atmosfer oleh konveksi dan penguapan air (transfer panas laten). 

Transfer ini terjadi melalui lapisan batas dengan properti yang bergantung pada viskositas udara dan transportasi momentum dari udara yang bergerak ke permukaan tanaman atau hewan. 

Bab ini membahas lapisan batas laminar dan turbulent serta gesekan yang dihasilkan dari transfer momentum melalui lapisan batas (gesekan kulit) dan gradien tekanan yang dihasilkan oleh pola aliran di sekitar objek (gesekan bentuk). Pengukuran gesekan pada daun, pohon, permukaan alam, dan partikel diulas dan dianalisis menggunakan prinsip dinamika fluida. 

Pelodakan tanaman dan penggulingan pohon oleh angin kencang dibahas dengan menggunakan observasi di lapangan dan di terowongan angin.

Chapter 10: Heat Transfer

Bab ini membahas mekanisme transfer panas antara organisme dan atmosfer melalui konveksi dan konduksi. Prinsip-prinsip transfer panas konvektif diperkenalkan menggunakan kelompok non-dimensi dari teori rekayasa. 

Angka Nusselt Nu menyediakan dasar untuk membandingkan laju transfer panas konvektif dari benda-benda dengan bentuk yang serupa namun skala yang berbeda. Daun dan hewan sering dapat diaproksimasi oleh plat datar, silinder, dan bola, yang memungkinkan estimasi transfer panas dari hubungan teoretis dan empiris. 

Metode estimasi Nu dalam konveksi paksa dan bebas, serta aliran laminar dan turbulen dijelaskan, dan konsep resistansi terhadap transfer panas konvektif diperkenalkan. Pengukuran kehilangan panas konvektif dari daun dan hewan kemudian dibandingkan dengan estimasi dari teori rekayasa, menunjukkan kesepakatan yang wajar. 

Konduksi dibahas terutama dalam kaitannya dengan transfer panas melalui jaringan dan bulu hewan serta pakaian manusia. 

Resistansi termal terhadap transfer panas melalui jaringan perifer dan bulu hewan ditinjau, dan diperlihatkan bahwa transfer panas melalui bulu hewan biasanya melibatkan beberapa mekanisme: konduksi molekuler, radiasi, dan konveksi bebas dan paksa.

Chapter 11: Mass Transfer (i) Gases and Water Vapor

Transfer uap air, karbon dioksida, dan gas jejak lainnya antara tumbuhan, hewan, dan atmosfer terjadi melalui difusi molekuler dan turbulent. 

Bab ini menggunakan prinsip-prinsip dari dinamika fluida untuk mengembangkan metode-metode yang berkaitan dengan transfer massa dan panas, dan menerapkan metode-metode tersebut untuk menganalisis pertukaran massa antara daun dan atmosfer. 

Pertukaran massa antara udara di rumah kaca dan struktur serupa dengan atmosfer juga dianalisis. Difusi massa melalui pori stomata pada daun adalah proses yang membatasi fotosintesis, respirasi, transpirasi, dan penyerapan gas polutan. 

Konsep resistansi stomatal diperkenalkan, dan resistansi yang diukur dibandingkan dengan prediksi teoretis. Transfer uap air melalui kulit hewan, bulu, pakaian manusia, dan melalui pori-pori di kain "bernapas" buatan juga dianalisis dengan analogi resistansi.

Chapter 12: Mass Transfer (ii) Particles

Partikel-partikel kecil seperti biji sari, spora, patogen, dan material pencemar dapat diangkut jarak jauh oleh angin dan dideposisikan di permukaan atau dihirup oleh hewan. 

Bab ini meninjau fisika transfer dan deposisi partikel. Pada udara diam, partikel mengendap karena gravitasi dengan kecepatan yang bergantung pada massa dan bentuk mereka, dan partikel yang sangat kecil bergerak dengan gerakan Brownian acak. 

Di udara bergerak, mereka dapat terbentur atau diintersep oleh objek di jalur mereka. Persamaan yang menggambarkan mekanisme ini dikembangkan, dan pengukuran deposisi partikel diinterpretasikan untuk menunjukkan pengaruh ukuran partikel, kecepatan angin, ukuran target, dan mikrostruktur permukaan pada deposisi dan retensi. 

Partikel dengan diameter dalam rentang 0.1–2μm mengendap jauh lebih cepat pada kanopi tinggi daripada yang diperkirakan oleh teori saat ini, tetapi di atas dan di bawah rentang ukuran ini, pemahaman yang wajar tentang prinsip-prinsip fisik yang mengatur deposisi telah tercapai. 

Partikel higroskopis tumbuh dengan cepat dalam gradien kelembaban, mengubah laju deposisi mereka. Bab ini diakhiri dengan bagian tentang mekanisme deposisi ketika partikel kecil dihirup, menunjukkan bahaya yang dihadapi oleh aerosol pencemar berukuran sub-mikron yang dihirup.

Chapter 13: Steady State Heat Balance (i) Water Surfaces, Soil and Vegetation

Membangun pada prinsip-prinsip radiasi, momentum, panas, dan transfer massa dalam bab-bab sebelumnya, sekarang kita mengatasi keseimbangan panas steady-state dari tubuh air, tanah, dan vegetasi dengan menerapkan Hukum Pertama Termodinamika. 

Dimulai dengan keseimbangan panas termometer bola kering dan bola basah untuk membangun prinsip-prinsip dasar dan memperkenalkan konsep resistansi terhadap transfer panas dan massa. Keseimbangan panas permukaan basah memperkenalkan proses adiabatik dan diabatik. 

Ini mengarah pada Persamaan Penman, pembahasan tentang aplikasinya untuk memperkirakan penguapan dari permukaan alamiah, dan analisis ketergantungan tingkat penguapan pada cuaca. 

Mempertimbangkan keseimbangan panas daun, Persamaan Penman-Monteith (PM) dikembangkan, mengidentifikasi perbedaan antara resistansi lapisan batas terhadap panas dan transfer massa dan resistansi stomatal. 

Perbedaan faktor-faktor yang memengaruhi penguapan dari permukaan basah dan yang memengaruhi transpirasi dari daun dibahas. Persamaan PM digunakan untuk mengeksplorasi bagaimana transpirasi dan suhu daun bergantung pada radiasi, kelembaban, kecepatan angin, dan resistansi stomatal; tingkat pengendapan embun juga dibahas. 

Pembahasan Persamaan Penman dan PM mengakhiri bab ini, termasuk pembahasan "model daun besar" untuk kanopi vegetasi, tingkat penguapan kesetimbangan, dan koefisien Priestley-Taylor, serta konsep "kupling" antara vegetasi dan atmosfer.

Chapter 14: Steady State Heat Balance (ii) Animals

Keseimbangan panas sebuah daun sebagian besar ditentukan oleh lingkungannya, tetapi keseimbangan panas hewan berdarah panas (homeoterm) juga dapat diubah oleh kemampuan hewan untuk mengatur laju produksi panas metabolisme internal dan laju dissipasi panas oleh keringat. 

Hewan berdarah dingin (poikiloterm) memiliki kontrol fisiologis yang lebih sedikit terhadap keseimbangan panas mereka tetapi dapat mencari tempat teduh, sinar matahari, atau tempat perlindungan dari angin untuk mengubah penerimaan dan kehilangan energi. 

Dalam bab ini, setiap istilah persamaan keseimbangan panas hewan direview. Laju metabolisme basal homeoterm dapat dihubungkan dengan massa tubuh atau luas permukaan dengan hukum daya empiris. Laju metabolisme maksimum sekitar satu tingkat lebih besar. Panas laten hilang selama bernapas dan dengan berkeringat. 

Hewan gurun menghemat air dengan beberapa mekanisme. Resistansi terhadap kehilangan panas konvektif sebanding dengan akar kuadrat ukuran dan sebanding dengan akar kuadrat terbalik kecepatan angin, sehingga suhu hewan kecil erat terkait dengan suhu udara. Kehilangan panas oleh konduksi ke tanah direview. 

Beberapa homeoterm (misalnya unta) dan semua poikiloterm menyimpan panas dengan membiarkan suhu tubuh mereka meningkat, tetapi sebagian besar homeoterm menjaga suhu tubuh mereka hampir konstan. 

Diagram termo-neutral, yang mewakili hubungan fundamental antara produksi panas metabolisme dan suhu lingkungan, dibahas secara detail. Metode diagramatik untuk menganalisis istilah keseimbangan panas hewan dijelaskan dan diterapkan pada beberapa contoh. 

Akhirnya, keseimbangan panas manusia, termasuk aktivitas yang melibatkan berkeringat, dianalisis.

Chapter 15: Transient Heat Balance

Dalam bab-bab sebelumnya, kita memperlakukan suhu suatu sistem (misalnya, daun atau hewan) sebagai konstan dengan mengasumsikan bahwa istilah masukan dalam keseimbangan panas seimbang dengan istilah keluaran. 

Situasi ini jarang terjadi di lingkungan alam. Bab ini membahas persamaan yang menjelaskan bagaimana suatu sistem merespons secara termal terhadap perubahan suhu eksternal. Konstanta waktu sistem menjelaskan laju penyesuaian suhu sistem terhadap perubahan eksternal. 

Persamaan-persamaan diperoleh untuk kasus umum seperti perubahan suhu eksternal tiba-tiba, perubahan ramp, dan perubahan harmonik. Contoh-contoh yang dibahas termasuk respons daun, hewan, dan aliran sungai. Aliran panas dalam tanah dianalisis dalam hal properti termal komponen tanah. 

Pengaruh kelembaban tanah pada konduktivitas termal dan difusivitas tanah dijelaskan. Analisis formal aliran panas dalam tanah dikembangkan untuk kasus komposisi tanah yang seragam dengan kedalaman, memungkinkan pembahasan perubahan harian dan tahunan suhu tanah dan fluks panas tanah dengan kedalaman. 

Bab ini diakhiri dengan pembahasan metode-modifikasi aliran panas dalam tanah.

Chapter 16: Micrometeorology (i) Turbulent Transfer, Profiles and Fluxes

Bab ini meninjau beberapa aspek mikrometeorologi, studi fisika atmosfer dalam skala kanopi vegetasi. Dalam Fisika Lingkungan, mikrometeorologi telah digunakan secara sangat efektif untuk mempelajari hidrologi, fisiologi lingkungan, dan ekologi. 

Lapisan batas turbulen yang berkembang di atas permukaan tanah dan vegetasi yang luas tumbuh dengan kecepatan yang bergantung pada kasar permukaan dan stabilitas atmosfer. 

Properti turbulensi dibahas, mengarah pada tinjauan prinsip metode kovarian gaya putaran untuk mempelajari laju transfer turbulen panas, massa, dan momentum (fluks) di lapisan batas permukaan. Persyaratan instrumen untuk, dan koreksi yang diperlukan untuk pengukuran kovarian gaya putaran, dirangkum. 

Metode kurang langsung untuk mempelajari fluks turbulen dengan menghubungkan menganalisis gradien vertikal rata-rata (profil) kecepatan angin, suhu, dan konsentrasi massa juga direview. Parameter kasar yang bergantung pada tinggi dan struktur vegetasi memengaruhi properti profil. 

Resistansi aerodinamis diambil sebagai jumlah yang menghubungkan fluks momentum ke gradien kecepatan angin. Pengaruh stabilitas atmosfer pada profil dan karenanya pada fluks direview, termasuk masalah yang dihadapi saat mengukur dekat dengan elemen vegetasi. 

Prinsip metode aerodinamis dan rasio Bowen untuk memperkirakan fluks dari gradien direview, dan kelebihan dan kekurangan metode kovarian gaya putaran dan gradien fluks dirangkum. Akhirnya, aspek transfer turbulen dalam kanopi vegetasi dibahas.

Chapter 17: Micrometeorology (ii) Interpretation of Flux Measurements

Bab ini berfokus pada menjelaskan prinsip-prinsip metode yang digunakan untuk menginterpretasi fluks mikrometeorologi, dan mengilustrasikan prinsip-prinsip ini dengan contoh dari ilmu pertanian dan kehutanan. 

Pengukuran fluks paling bermanfaat bagi biologis, hidrologis, dan ilmuwan lingkungan jika diinterpretasikan untuk mengungkapkan bagaimana kanopi atau permukaan mengendalikan atau merespons fluks yang diukur. 

Analogi resistansi melayani tujuan ini. Resistansi kanopi (atau permukaan) terhadap transfer uap air atau karbon dioksida adalah parameter yang dapat dibandingkan dengan resistansi stomata daun tunggal, tetapi dengan beberapa catatan penting yang dijelaskan. 

Metode-metode untuk mendapatkan resistansi kanopi dan resistansi aerodinamis untuk momentum direview. Resistansi tambahan diperlukan untuk memparameterkan transfer panas dan massa aerodinamis, dan pengukuran serta model resistansi ini dibahas. 

Fluks gas pencemar dan partikel ke kanopi dapat diinterpretasikan dengan cara yang sama, dan hubungan antara resistansi kanopi dan kecepatan deposisi permukaan untuk polutan dijelaskan. 

Contoh diberikan mengenai interpretasi fluks untuk uap air dan transpirasi, karbon dioksida, dan pertumbuhan tanaman dan hutan, serta penyerapan gas polutan oleh tanaman dan vegetasi alami. Akhirnya, ada diskusi tentang pengukuran dan interpretasi fluks di dalam kanopi vegetasi.

Kelebihan dan Kekurangan

Buku "Principles of Environmental Physics: Plants, Animals, and the Atmosphere" menonjol dengan sejumlah kelebihan yang membuatnya menjadi sumber daya yang sangat berharga bagi ilmuwan dan peneliti lingkungan. 

Pertama, sintesis unik antara mikrometeorologi dan ekologi memberikan pemahaman yang holistik tentang interaksi kompleks antara tanaman, hewan, dan atmosfer. Pendekatan kuantitatif yang kuat dengan contoh dan masalah praktis menjadikannya alat yang efektif untuk menerapkan konsep fisika lingkungan dalam situasi dunia nyata. 

Relevansinya dalam bidang hidrologi, ekologi, dan pertanian memperkuat posisinya sebagai referensi yang sangat relevan dalam berbagai disiplin ilmu.

Namun, seperti halnya banyak karya teknis, buku ini juga memiliki kekurangan tertentu. Tingkat teknis yang tinggi dapat menjadi hambatan bagi pembaca yang tidak memiliki pemahaman dasar fisika yang kuat. 

Penggunaan istilah teknis dan konsep fisika kompleks mungkin membuatnya kurang dapat diakses untuk pembaca awam atau yang baru memulai studi di bidang ini. 

Selain itu, fokus yang lebih besar pada mikrometeorologi mungkin membuatnya kurang menarik bagi pembaca yang mencari pemahaman umum tentang interaksi lingkungan tanpa mendalam pada aspek mikro.

Bagi pembaca yang bersedia mengatasi kendala teknis, buku ini akan memberikan fondasi yang kuat dan mendalam dalam fisika lingkungan. Sifatnya yang kuantitatif dan aplikatif menjadikannya alat yang bermanfaat dalam penelitian dan aplikasi praktis di lapangan. 

Sementara itu, bagi pembaca yang mencari pengantar yang lebih umum atau kurang tertarik pada aspek mikrometeorologi, buku ini mungkin tidak sepenuhnya memenuhi harapan mereka. 

Namun, kelebihan substansialnya tetap menjadikannya sumber yang sangat berharga bagi mereka yang ingin mendalami kompleksitas interaksi lingkungan dalam kerangka fisika yang ketat.

Ringkasan dan Saran

Secara keseluruhan, "Prinsip Fisika Lingkungan" memberikan kontribusi yang berharga pada pemahaman interaksi antara organisme dan lingkungan alam. Pembaca dengan latar belakang ilmiah yang kuat dan minat dalam aplikasi praktis dari fisika lingkungan akan mendapati buku ini sangat bermanfaat. 

Meskipun beberapa pembaca pemula mungkin merasa terintimidasi oleh kompleksitasnya, buku ini tetap menjadi referensi yang kaya informasi dan mendalam. 

Saran untuk pembaca adalah memanfaatkan sumber daya tambahan, seperti ilustrasi atau penjelasan tambahan, untuk meningkatkan pemahaman konsep tertentu.

Untuk mendapatkan buku ini secara resmi, silahkan klik tautan  ini. 

Dukung Kami

Climate4life.info mendapat sedikit keuntungan dari penayangan iklan yang ada dan digunakan untuk operasional blog ini.
Jika menurut anda artikel pada blog ini bermanfaat, maukah mentraktir kami secangkir kopi melalu "trakteer id"?