Monitoring desertification in Sudan using remote sensing and GIS

Remote sensing technology has long been suggested as a time and cost efficient method for observing dryland ecosystem environments, monitoring land cover degradation and characterizing the dynamism of sand dunes. The meaning and value of remote sensing data were enhanced through skilled interpretation, in conjunction with conventionally mapped information and ground-collected data. Spectral Mixture Analysis (SMA) has proved to be a powerful technique to monitor land cover degradation in arid and semi-arid areas. Three Landsat images, acquired in 1987, 1999 and 2008, were analyzed to evaluate desertification processes in three different ecological zones in Sudan (North Kordofan, River Nile and Northern state). Spectral Mixture Analysis (SMA) was adopted using endmembers spectra derived from the image. Multitemporal comparison techniques (visual interpretation and change vector analysis) were applied to estimate the long-term desertification/re-growing and to emphasize land cover variation over time and in space. Site-specific interactions between natural processes, climate variation and human activity played a pivotal role in desertification; however their interaction was varied according to the ecological zone. In North Kordofan (savannah), desertification significantly prevailed over vegetation re-growth, particularly in areas around rural villages over the last 21 years. Changes in land use and mismanagement of natural resources, mainly caused by deforestation to supply wood for domestic use and overgrazing, were the main driving factors affecting degradation. More than 120,000 km2 were estimated as being subjected to a medium-high desertification rate. Conversely, the reforestation measures, adopted by the Sudanese Government in the last decade and sustained by higher rainfall, resulted in low-medium re-growth conditions over an area of about 20,000 km2. In River Nile (valleys in semi-desert), extreme condition of desertification affected the valleys in the site. Desertification affected an area of 24,482 km2 as extreme condition and re-growth condition in low status was 1,193 km2 while most of persistence condition (71,298 km2) was desert area. Drought and climate variation with the assistance of mismanagement of natural resources were the factors caused desertification, however, human activities were played minor role. In this site the soil is highly vulnerable to wind and water erosion and it was highly increased in 2008. Irrigated agricultural projects were clearly recognized in Northern State (Valley in desert), with an areas of 28,761 km2 in low condition. The area affected by desertification was 98,275 km2 (7,962 km2 high, 56,075 km2 medium and 34,239 km2 low) with 76.40% percentage of the total area. The agricultural projects were at high risk since they were surrounded by desertified areas. Site-specific strategies which take into account the interactions of the driving factors at local scale are thus necessary to combat desertification, avoiding any implementation of untargeted measures. In order to identify the soundest strategies, high-resolution tools must be applied. In this study the application of SMA to Landsat data appeared to be a consistent, accurate and low-cost technique to obtain information on vegetation cover, soil surface type, and identify risk areas.

La tecnologia di remote sensing è stata a lungo considerata un’efficace strumento per l’osservazione di ecosistemi aridi e semi-aridi, il monitoraggio di superfici vegetate degradate e la caratterizzazione delle dinamiche di dune sabbiose. I risultati ottenuti con il remote sensing sono stati validati grazie a interpretazioni puntuali, congiuntamente a informazioni mappali classiche e dati raccolti in campo. Si è provato, inoltre, che la tecnica denominata Spectral Mixture Analysis (SMA) è un potente strumento per monitorare la degradazione di coperture vegetali in zone aride e semi-aride. In questo studio sono state analizzate tre immagini del satellite Landsat, acquisite nel 1987, 1999 e 2008, al fine di valutare i processi di desertificazione di tre differenti ecosistemi in Sudan (Nord Kordofan, Fiume Nilo e Stato del Nord). La Spectral Mixture Analysis (SMA) è stata impiegata utilizzando endmembers ottenuti dall’immagine satellitare e definiti come i diversi componenti di un territorio specifico. Sono state applicate tecniche di comparazione multi temporale (interpretazione visiva dei componenti delle immagini e change vector analysis) per sottolineare la variazione della copertura vegetale e per stimare l’effetto di desertificazione di lungo periodo (o crescita vegetativa) nel tempo e nello spazio. Le interazioni sito-specifiche tra processi naturali, la variazione delle condizioni climatiche e le attività umane hanno giocato un ruolo centrale nel processo di desertificazione, sebbene le loro interazioni siano diverse nei tre siti studiati. Nel Nord Kordofan (zona di savana) il fenomeno della desertificazione è prevalso in modo significativo sulla crescita vegetativa e in particolar modo nelle aree attorno ai villaggi, nell’ultimo ventennio. Un utilizzo differente dei terreni, così come la mancata gestione delle risorse naturali, causata principalmente dalla deforestazione per la fornitura di legname per uso domestico e l’utilizzo eccessivo delle terre destinate a pascolo, sono stati i principali fattori che hanno determinato la degradazione dell’area. Si è inoltre stimato che più di 120,000 km2 sono soggetti a un tasso di desertificazione medio - alto. Viceversa, le politiche di riforestazione adottate dal governo sudanese nell’ultimo decennio hanno avuto un impatto medio - basso sul tasso di ricrescita della vegetazione, e in un’area di circa 20,000 km2. Nell’area nei pressi del fiume Nilo le vallate oggetto di studio, situate in zone semi-desertiche, sono state estremamente colpite dalla desertificazione. Un intenso fenomeno di desertificazione ha riguardato un’area di 24,482 km2, al contrario le condizioni di crescita vegetativa hanno interessato un’area 1,193 km2. Gran parte del territorio è comunque caratterizzato da condizioni desertiche stabili (71,298 km2). In questo caso i cambiamenti climatici e la forte siccità, assieme alla mal gestione delle risorse naturali, hanno contribuito alla desertificazione, sebbene l’attività umana sembra aver giocato un ruolo marginale nella degradazione dell’area. In questo sito la degradazione del suolo, altamente vulnerabile all’erosione del vento e dell’acqua, è stata molto alta nell’anno 2008. Le aree agricole irrigate, invece, erano chiaramente riconoscibili nello Stato del Nord (vallata presente in un sito desertico) e occupavano una superficie di 28,760 km2. In questo caso l’area è risultata in condizioni scadenti. Il territorio colpito da desertificazione era di 98,275 km2 (7,962 km2 tasso alto di desertificazione, 56,075 km2 tasso medio di desertificazione e 34,239 km2 tasso basso di desertificazione), corrispondente al 76.40% dell’area totale. Le aree agricole si sono dimostrate ad alto rischio di desertificazione dal momento che erano circondate da zone desertiche. Da questo quadro si evince che strategie sito-specifiche sono necessarie per combattere la desertificazione, evitando di attuare misure migliorative che non tengano conto degli obiettivi specifici identificati per ogni singola area. Affinché vengano adottate le strategie adeguate è auspicabile l’applicazione di strumenti ad alta risoluzione. Dai risultati di questo studio sembra che l’applicazione della SMA ai dati di Landsat sia coerente, precisa ed economicamente sostenibile al fine di ottenere informazioni utili sulla copertura vegetale, sulle caratteristiche del suolo e sull’identificazione delle aree a rischio.