Perubahan iklim terutama disebabkan oleh meningkatnya kadar karbon dioksida (CO2) di atmosfer, dengan dampak signifikan pada suhu global dan ekosistem. Polusi udara juga merupakan kontributor utama perubahan iklim, yang memperburuk ancaman terhadap kesehatan manusia. Pembakaran bahan bakar fosil dan penggundulan hutan berkontribusi signifikan terhadap peningkatan kadar CO2, yang pada gilirannya menyebabkan peningkatan suhu dan perubahan pola cuaca. Biomassa hutan, yang meliputi pohon dan vegetasi lainnya, memainkan peran penting dalam mengatur iklim Bumi dengan menyerap CO2 melalui fotosintesis dan menyimpannya dalam biomassa mereka. Namun ketika hutan ditebang atau terdegradasi, karbon yang tersimpan di pohon dilepaskan ke atmosfer, tidak hanya meningkatkan CO2 tetapi juga berkontribusi terhadap pemanasan lebih lanjut. Interaksi antara kadar CO2, biomassa hutan, dan suhu menyoroti betapa pentingnya melestarikan ekosistem vital ini untuk memerangi perubahan iklim secara efektif.
Surabaya sebagai kota terbesar ke-2 di Indonesia memegang peranan penting dalam pembangunan ekonomi dan lingkungan hidup di tingkat nasional. Industri-industri di Surabaya seperti industri makanan, transportasi, rumah tangga, dan jumlah penduduk cenderung meningkat setiap tahunnya. Adanya kawasan-kawasan industri di Kota Surabaya mengakibatkan tingginya produksi kendaraan bermotor, kegiatan industri, dan meningkatnya permintaan akan kebutuhan penduduk yang tinggi. Salah satunya adalah pada sektor transportasi yang memiliki aktivitas yang sangat padat di Kota Surabaya. Hal ini dapat meningkatkan tingkat pencemaran udara dan dapat berdampak pada peningkatan suhu udara di Kota Surabaya. Kualitas udara yang paling rendah adalah adanya emisi CO2. Dengan meningkatnya kadar CO2 di atmosfer, maka akan terjadi pemanasan global. Hal ini menjadi tantangan bagi Kota Surabaya dalam mengelola dampak perubahan iklim untuk dikaji lebih lanjut.
Model matematika merupakan salah satu alat untuk memahami dinamika populasi yang dapat diterapkan pada model perubahan suhu. Dengan demikian, prediksi dan pengelolaan suhu di lingkungan dapat dilakukan. Selain itu, ketersediaan data suhu lingkungan akan meningkatkan estimasi parameter model, sehingga model matematika dapat menjelaskan perubahan suhu di suatu wilayah menggunakan nilai parameter tersebut.
Dalam studi ini, kami membangun dan menganalisis model Lotka-Volterra untuk mengeksplorasi interaksi antara konsentrasi CO2, kepadatan biomassa fotosintesis, dan suhu atmosfer. Dari hasil analisis model, diperoleh empat kesetimbangan yang stabil asimtotik lokal dengan kondisi tertentu dan dua kesetimbangan yang tidak stabil. Berdasarkan hasil analisis sensitivitas, parameter yang paling berpengaruh terhadap perubahan angka konsentrasi adalah laju akumulasi intrinsik CO2 dan laju reduksi alami CO2.
Model dinamis yang dikembangkan kemudian diimplementasikan pada data suhu bulanan di Kota Surabaya, Indonesia, dari Januari 2020 hingga Desember 2022. Berdasarkan estimasi parameter dan simulasi model, konsentrasi CO2 diperkirakan berkisar antara 400 hingga 420 ppm, kepadatan biomassa diperkirakan antara 92 dan 102 kg/m3, dan suhu atmosfer diproyeksikan sekitar 28,1°C -29,1°C di Surabaya. Selanjutnya, dengan menggunakan perhitungan Rasio Efektivitas Biaya Inkremental (ICER), penerapan strategi pengendalian berupa pembatasan akses kendaraan pribadi dan reboisasi merupakan strategi terbaik untuk memperbaiki suhu dan meningkatkan efisiensi biaya.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://journal.nsps.org.ng/index.php/jnsps/article/view/2572
Authors: Fatmawati, F. F. Herdicho, N. Fitriani, N. Alias, M. Hashim, O. J. Peter
Title: Optimal control strategies for dynamical model of climate change under real data
