Remote Sensing and GIS Application to Mangrove Forest Mapping in ...

16 downloads 0 Views 1MB Size Report
Mar 4, 2007 - coefficient, respectively. A total of 27,014 ha mangrove forest was identified and ... remote sensing techniques in mangrove forest mapping is possible because of the high reflectance values ..... J.H.M. Whitaker, pp. 236-245.
RESEARCH ARTICLE  Bangladesh Journal of Marine Sciences and Fisheries  Vol.1, No., 1: 81‐96, 2009   

 

ISSN 1992‐4445 

Remote Sensing and GIS Application to Mangrove Forest  Mapping in the Meghna Deltaic Islands of Bangladesh    M. Shahadat Hossain1, Sam Wong2, M. Zahedur Rahman Chowdhury1 and   M. Shamsuddoha3    Institute of Marine Sciences and Fisheries, University of Chittagong  Chittagong 4331, Bangladesh.    2 Sustainability Research Institute, School of Earth and Environment  University of Leeds, West Yorkshire, BD18 1DS, UK.    3 Participatory Research and Development Initiative  Shyamoli, Dhaka 1215, Bangladesh.    Corresponding author Email: [email protected]    Abstract  The  Meghna  deltaic  region  consists  of  fluvial  and  tidal  geomorphological  deposits  that  has  created  the  world’s  largest  delta  in  the  form  of  coastal  landscape and islands, which gives an opportunity to raise a complex mangrove  ecosystem.  The  unsupervised  technique  algorithm  ISODATA  was  operated,  for  spectral  grouping  of  the  TM  image,  where  the  supervised  classification  with  maximum likelihood strategy was applied using the training areas from different  islands.  The  accuracy  of  the  image  classification  was  measured  by  means  of  an  error  matrix  that  output  the  values  of  0.87  and  0.96  for  the  Kappa  and  Tau  coefficient, respectively. A total of 27,014 ha mangrove forest was identified and  the  spatial  development  has  clearly  indicated  the  location  and  extent  of  the  mangrove  forest  in  the  islands.  The  results  of  the  present  study  is  a  good  example  of  integrated  simultaneous  top‐down  and  bottom‐up  approach  that  combined  information  from  remote  sensing  imagery,  topographic  maps,  forest  maps  and  field  validation  by  multi‐disciplinary  researchers.  Accreted  and  marshy bare substratum, the suitable areas for mangrove plantation, cover about  15%  of  the  islands  which  could  be  encouraged  for  the  development  of  coastal  green  belt  and  to  maximize  socio‐ecological  resilience  of  the  islanders  in  minimizing the hazards of tropical cyclone.    Keywords: Mangrove mapping, Landsat TM, climate change, tropical cyclone,  resilience  1 

Introduction  Remotely  sensed  data  have  been  popularly  used  with  GIS  in  mangrove  forest  mapping  for  inventory  and  monitoring  purpose  in  many  parts  of  the  world  (Mausel  et  al.,  1993;  Green  et  al.,  1998;  Trisurat  et  al.,  2000;  Hossain  et  al.,  2003;  Kovacs et al., 2005; Hossain et al., 2007a; Kovacs et al., 2008). The increasing use of  remote sensing techniques in mangrove forest mapping is possible because of the  high  reflectance  values  from  forested  areas  in  the  near‐infrared,  moderate  reflectance in the middle‐infrared and low reflectance in the red spectral regions  (Trisurat  et  al.,  2000).  Landsat  TM  data  could  be  used  to  identify  the  primary  mangrove forest (Sader et al., 1990), and different succession stages conveniently  (Mausel  et  al.,  1993).  On  this  basis,  a  mangrove  vegetation  map  could  be  an  effective planning tool to show the spatial distribution of mangrove forest in the  central  coastal  islands  of  Bangladesh.  This  is  useful  to  develop  greenbelt  as  natural barrier against natural disasters.    Mangrove  forest  is  considered  as  an  extremely  important  resource,  both  ecologically  and  economically  (Odum,  1971;  Hossain,  2001;  Kathiresan  and  Bingham,  2001,  Hossain  et  al.,  2007b).  The  fringe  like  root  system  of  the  mangroves  act  as  a  coastal  stabilizer  and  binder  of  sediment  and  so  aid  in  preventing erosion in the coastal areas (Dave, 2006; UNEP‐WCMC, 2006). Walton  et al. (2006) reported that fish production related to replanted mangrove was 578‐ 2568  kg/ha/yr  (US$463‐2215/ha/yr),  which  can  equal  that  of  brackish  water  aquaculture ponds. The annual economic value of mangroves, estimated by the  cost of the products and services they provide, has been estimated to be $200,000  ‐  $900,000  per  ha  (Wells,  2006).  Its  storm  buffering  characteristic  has  become  more  evident  after  the  tsunami  that  ravaged  parts  of  Asia  in  December  2004  (UNEP‐WCMC, 2006; Dave, 2006; Quartel et al., 2007; Hossain et al., 2008).     One of the greatest limitations to their protection is the lack of proper inventory  and  monitoring.  Traditional  techniques  of  in  situ  field  measurements  of  these  forested  wetlands  are  extremely  tedious  and  labour  intensive  given  the  typical  inaccessibility  of  these  systems,  as  well  as  limited  mobility  resulting  from  the  maze of roots and stems, thick and unconsolidated substrate, and tidal flooding  (Kovacs et al., 2008). Consequently, there has been a recent interest in the use of  remotely sensed imagery, which can be acquired periodically and over very large  geographical  areas,  for  mapping  and  monitoring  these  often  vast  and  remote  wetlands  (Green  et  al.,  1998).  A  plethora  of  image  processing  methods  are  available to classify remotely sensed data of mangroves but weighing the relative  merits  of  each  is  extremely  difficult  because  unfortunately  published  reports  rarely  include  an  assessment  of  accuracy.  Despite  more  than  seventy  years  of  application,  it  is  difficult  to  obtain  an  overview  of  aerial  photography  for  the   

82

assessment  of  mangroves,  because  published  accounts  are  scarce.  Further,  the  accuracy of the final map is affected by the ability of the classification procedure  to discriminate the vegetation. Accuracy is important, because it is the criterion  against which the success of an image processing method should be judged: no  matter how innovative or sophisticated the classification procedure is, the value  of  any  map  is  severely  compromised  if  its  accuracy  is  insufficient  to  fulfill  the  objectives. The initiatives based on a map of unknown accuracy may also lead to  unnecessary  or  inappropriate  action.  The  ability  to  correct  this  is  partly  a  function of the sensors’ resolution, and partly a function of the image processing  method  or  classification  procedure  adopted  (Trisurat  et al.,  2000).  Although  the  lack  of  accuracy  in  information  processing  is  by  no  means  unique  to  remote  sensing work on mangroves, it appears to be a feature of remote sensing in the  wider  tropical  coastal  zone  management  context  (Green  et  al.,  1996).  The  objective  of  this  study  is  to  record  and  assess  the  spatial  extent  of  mangrove  forest  and  develop  a  mapping  system  in  the  coastal  islands  of  Bangladesh  by  digital image processing techniques.    Study area  The Meghna deltaic region is located in between latitude 2150 and 2305 N and  longitude 9030 and 9135E (Figure 1) consisting about 80 nearshore islands in  the  central  coastal  zone  of  Bangladesh.  The  geographical  location  of  the  study  area is. The dominant soil types include muddy soil and sandy‐clay loam texture.  The  international  rivers  ‐  Ganges  and  Brahmaputra  enter  Bangladesh  from  western  and northern  sides  respectively  and  then flow  downstream  as Meghna  River into the Bay of Bengal. Since prehistoric times the region has been one of  the  areas  of  most  active  sedimentation  in  the  world  (Khan  et  al.,  1998).  Denudation of the Himalays resulted in the formation of the world’s largest delta  which is still active at a rate of about 70 cm per one thousand years (Curry and  Moore,  1971;  Biswash,  1978).  The  accretion‐erosion  process  of  the  islands  like  Hatiya, Sandwip and Bhola has indications of strong sedimentary process in the  estuary  which  constitutes  about  12,800  km2  of  inshore  fish  habitat  (West,  1973;  Khan et al., 1998). During field visit, the local residents mentioned that in recent  years more accreted lands are visible in seaward direction during low tide. The  tides are semi‐diurnal and tidal range is strong, ranging from 0.43 m at neap tide  to  4.44  m  at  spring  tide  (Hossain,  2008).  The  mean  annual  rainfall  is  2,547  mm,  occurring  above  95%  during  the  monsoon  season  and  the  highest  precipitation  falls during May‐September while the lowest in October‐November and March‐ April. The mean annual minimum and maximum temperature is 23°C and 31°C  with  peaks  of  ~33°C  during  March‐June  and  the  relative  humidity  varies  from  72% in March to 87% in July. 

 

83

23° N BANGLADESH

LAXMIPUR NOAKHALI

22° 30΄ N

SANDWIP

BHOLA HATIYA

91° 30΄ E

91° E

22° N

  Figure  1.  Geographical  location  of  the  Meghna  deltaic  islands  in  the  central  coastal zone of Bangladesh, based on Landsat TM image of March 2007.       

84

Methods  Satellite image  Landsat TM image was acquired by the SPARRSO (Space Research and Remote  Sensing  Organization  of  Bangladesh)  for  4  March  2007.  The  image  was  geometrically  corrected  and  georeferenced  to  1:10,000  scale  coastal  topographic  maps  of  the  Bangladesh  Inland  Water  Transport  Authority  (BIWTA).  The  pixel  resolution  of  the  image  was  30  m.  Bands  1‐5  and  7  were  used  in  the  analysis,  because these are considered the most useful for vegetation mapping (Kay et al.,  1991;  Manson  et  al.,  2001).  Geometric  correction  was  performed  with  bilinear  transformation  (Research  Systems  Inc.,  2000a)  and  the  root  mean  square  error  0.38 was controlled within less than one pixel (30 m) for 82 ground control points  (GCPs).  Road  joints,  level  crossings  of  road,  prominent  features  and  buildings  were selected as most of the GCPs in the image. Ground data were obtained for  105 plots by field investigation including some permanent ones. A spatial subset  of 3770 X 5385 pixels (18,271 km2) was extracted from the TM scene covering the  Meghna deltaic region in the central coastal zone of Bangladesh and masked the  islands  (4067  km2)  from  the  surrounding  water.  In  this  area  and  period,  the  image was cloud free. All image processing was performed using ENVI (version  3.4)  developed  by  Research  Systems,  Inc,  USA.  All  maps  and  images  were  transformed  into  Universal  Transverse  Mercator  (UTM)  projection.  Meter  was  defined for the software system as unit of the scale and the unit of the map. The  GIS  software  used  in  this  study  was  ArcView  for  windows  (version  3.2)  developed by Environmental Systems Research Institute Inc, USA.    Image analysis  Satellite  image  registration,  masking  the  coastal  islands,  classification,  accuracy  assessment  and  post‐classification  techniques  were  performed  following  the  procedure  in  Figure  2.  The  unsupervised  technique  algorithm  ISODATA  (Tou  and Gonzalez, 1974; Green et al., 1998; Trisurat et al., 2000; Hossain et al., 2007a;  Hossain, 2008) was operated for spectral grouping of the same set of TM image,  for  comparison  of  the  classified  thematic  maps.  Minimum  and  maximum  number of classes of 5‐10, 10‐15 and 15‐20 were assigned for each analysis. The  convergence  threshold  of  95%  and  the  maximum  number  of  3  iterations  were  selected  to  perform  ISODATA  clustering.  After  classification,  the  preliminary  spectral classes were visually interpreted and compared with field data (existing  forest  maps  and  ground‐truth  data).  The  preliminary  classes  were  then  merged  subjectively to obtain meaningful classes of mangrove vegetation. A 3 X 3 pixel  window of majority 1 was employed to reduce the satl‐and‐pepper effects in the  classified image.        

85

  Landsat TM    March 2007   Control Point Selection    Topographic map 1:10,000    Georeferencing         Masking the    Coastal Islands      Identification of    Training Fields      ISODATA  Supervised    Unsupervised  Classification    Classification  Max. Likelihood            Accuracy    Assessment        Classification smoothing using a 3 X 3    filter and thematic maps output          Post‐Classification Analysis   Mangrove mapping    Figure 2. Flow diagram of methodological procedure used to analyze mangrove  vegetation in the Meghna deltaic islands of Bangladesh.    Supervised classification has been the most frequent method by which remotely  sensed data of mangrove areas has been classified (Green et al., 1998; Trisurat et  al., 2000; Hossain, 2008). Field data have been used as training data. The training  areas  were  selected  throughout  the  study  area  in  order  to  obtain  good  representatives  for  each  island.  Existing  forest  maps  were  used  to  identify  the   

86

suitable  training  areas.  Two  to  three  sample  plots  of  1‐2  ha  mangroves  were  chosen in different islands to use as training areas. Supervised classification were  carried  out  on  the  basis  of  Region  of  Interest  (ROIs),  where  the  training  areas  (collected  during  field  investigation)  were  regions  of  terrain  with  known  properties or characteristics (Research Systems Inc., 2000b). Maximum likelihood  classification  strategy  was  applied  and  found  to  be  most  useful  for  discriminating  the  category  of  interest  (Hord,  1982;  Mather,  1987;  Woodfine,  1991; Trisurat et al., 2000; Hossain et al., 2007a; Hossain, 2008).    Field survey  The  acquisition  of  field  data  is  required  to  supplement  and  verify  features  obtained  from  image  processing  of  Landsat  TM.  After  finishing  the  image  analysis,  146  reference  points  in  the  study  islands  were  chosen  for  ground  verification.  The  reference  points  were  surveyed  for  collecting  data  and  comparing the preliminary map to the real world. The location of each field site  was  determined  using  Garmin  map76CSx  GPS.  A  preliminary  map  of  the  mangrove  forest  of  different  islands  were  thus  corrected  and  revised.  The  mangrove map was finalized by using ArcView software.    Accuracy assessment   Accuracy of image classification was carried out by making comparison between  classified image maps and existing land cover. A simple random sampling from  different  islands  was  performed  to  identify  146  sites  for  subsequent  visit  and  assessment.  Two  weeks  were  set  aside  for  the  verification  of  GIS  results.  Accessible  sample  points  were  located  with  the  help  of  a  GPS,  and  the  field  checks were carried out for the accuracy assessment. For those samples located in  remote  islands  or  areas  difficult  to  access,  the  forest  maps  were  used  as  the  reference  data  for  the  accuracy  assessment,  since  the  mangroves  in  these  difficult‐to‐access  areas  have  not  changed.  On‐the‐ground,  verification  is  the  most reliable and also the most time consuming. Such an approach is appropriate  to  verify  individual  sites  after  the  GIS  have  been  employed  to  identify  the  mangrove  forest  cover.  The  approach  was  to  compare  the  locations  and  site‐ related performances of existing mangroves with locations provided by the GIS  mapping. Consequently, the accuracy report is generated to calculate statistics of  the percentages of accuracy based on the results of the  error  matrix using SPSS  software (version 11.5).    To  assess  the  accuracy  of  image  classification  a  standard  error  matrix  was  determined,  using  data  from  the  output  map  as  the  rows,  and  the  field  data  (ground  truth  points)  as  the  columns  in  the  matrix.  The  overall  accuracy  of  the  classification  was  calculated  simply  by  summing  the  major  diagonal  entries  of   

87

the matrix, which refer to the correctly classified units, and dividing this number  by  the  total  number  of  sample  units  in  the  entire  error  matrix.  To  measure  the  improvement of the classification over a random assignment of pixels, the Kappa  and Tau coefficient and their 95% confidence intervals were calculated for testing  significant  differences  (Congalton  and  Green,  1999;  Ma  and  Redmond,  1995).  Finally,  to  evaluate  individually  the  accuracy  of  image  classification  for  each  class, Producer and User’s accuracies were estimated. Producer’s accuracy (PA)  was  measured  as  the  ratio  between  the  number  of  sampling  units  correctly  classified in a given class by the total sampling units assigned to the same class in  the reference data. User’s accuracy (UA) was calculated in a similar way, but the  correctly classified units were divided by the total number of units classified in  the same category. Both values were ways of representing individual accuracies  instead of the overall accuracy (Congalton and Green, 1999).    Results  The  results  indicated  that  thematic  classes  derived  from  the  supervised  classification  produced  90%  accuracy,  where  the  accuracy  was  85%  for  unsupervised  classification  (Table  1).  The  accuracy  of  the  image  classification  was  measured  by  means  of  an  error  matrix  and  the  values  of  0.87  and  0.96  for  the  Kappa  and  Tau  coefficient,  respectively  at  95%  confidence  were  found.  A total of 27,014 ha mangrove  forest  was  identified  and  the  spatial  development  has  clearly  indicated  the  location  and  extent  of  the  mangrove  forest in the islands (Figure 3).  The  only  island  district  of  Bangladesh,  Bhola,  occupied  388  ha  mangrove  forest.  The  Figure 3. Spatial distribution of mangrove forest  in  the  Meghna  deltaic  islands  of  Bangladesh,  other  two  sub‐district  (locally  based  on  classification  of  Landsat  TM  image  of  called  Upazila)  islands  are  March 2007. Hatiya  and  Sandwip  having   

88

2,729 ha and 487 ha mangrove forest, respectively. Most of the mangrove forest  lies in the south of Bhola (8,841 ha) and northwest of Hatiya islands (7,148 ha). A  total  of  2,634  ha  mangrove  forest  is  scattered  in  two  islands  of  northwest  Sandwip.  The  islands  in  the  north  and  west  sides  of  Bhola  found  no  mangrove  forest  in  the  present  study.  Most  of  the  mangrove  forests  in  the  islands  are  distributed  in  intertidal  zone,  with  the  range  of  elevation  0‐1  meter.  The  tide  always influences mangrove ecology and distribution. An inundated area during  high tides and a subsequent dry area during low tides around whole of the year  is  suitable  for  mangrove  distribution.  Three  species  of  mangroves  such  as  Sonneratia, Avicennia and Excoecaria were all locally called as ‘keora’, ‘baen’, and  ‘gewa’ respectively are found in the islands. The euryhaline characteristic of both  the  species  are  favourable  for  their  growth  and  distribution  in  the  study  area.  Accurate discrimination was found from Landsat TM data and accuracy of image  classification found better due to intensive image processing method. The result  also  suggests  a  possible  correlation  between  image  processing  effort  and  accuracy. Unsupervised image processing method was relatively rapid, requiring  the operator to do little more than edit the final classes but was the least accurate.  The supervised classification procedure required greater effort from the operator  during  the  process  of  signature  editing.  As  a  result  supervised  classification  required  the  most  effort  as  it  was  computationally  intensive  and  also  cost‐ effective: the extra investment of time produces a significant increase in accuracy.    Table  1.  Summary  of  overall  accuracy  of  March  2007  Landsat  TM  image  classification  for  mangrove  vegetation  from  the  Meghna  deltaic  islands  of  Bangladesh.    Band combination  Unsupervised (%)  Supervised (%)  2,3,4  84.25  89.43  3,4,5  85.01  89.73  7,3,4  83.71  88.76  7,3,5  86.52  90.92  Overall  84.87  89.71    The  pre‐dominant  land  cover  classes  that  were  found  includes  agriculture,  grassland,  mangrove  forest,  secondary  succession,  bare  substratum,  and  canal/creek (Figure 4). After validation of the classification, the area covered by  each of the selected categories was estimated (Table 2). Excluding the river and  sea surface area (Meghna River and Bay of Bengal), the selected islands of study  are  mainly  utilized  by  agriculture,  almost  68%  of  the  total  area  occupied.  The  second  largest  land  coverage  was  bare  substratum  (15  %),  with  the  remaining  coverage’s amounting less than 10% each. The classification error matrix for the   

89

2007  Landsat  TM  image  shows  the  incorrectly  classified  pixels,  based  on  146  ground  truth  points.  Most  points  (131)  were  correctly  classified,  obtaining  an  overall  accuracy  of  90%.  UA  and  PA  accuracies  for  each  of  the  classes  showed  that Bas (bare substratum) had the lowest PA (0.73), although its UA was as high  as 0.94. Agriculture was well discriminated from the rest of the classes (PA = 1.00  and  UA  =  0.94).  The  mangrove  forest  was  highly  represented  in  the  sampling  (42/146) and UA reached 0.95, and the PA had values above 0.90 (Table 3). The  Kappa (K) and Tau (T) coefficient had the values of 0.87 and 0.96 respectively at  95%  confidence  level.  About  90%  of  the  pixels  were  classified  correctly,  better  than would be expected by a completely random classification.    Table  2.  Land  cover  categories  used  in  the  Landsat  TM  image  for  March  2007  interpretation.    Land cover  Description  Area  %  categories  (ha)  Agriculture  Soils with intensive agricultural production.  276,973  68  land  Paddy cultivation during monsoon months.  Part of the land used for vegetables in winter  months  Grassland  Natural grasslands and wet meadows  11,923  3  Mangrove  Hydrophilic and halophytic vegetation,  27,014  7  forest  normally homogeneous, composed mainly by  Sonneratia species and Avicennia species,  located along the coastal belt and tidal flats  Secondary  Non‐arboreous vegetation, halophytic species,  23,518  6  succession  and shrubs in areas further away from the  canal/creeks, growing mainly on non‐ agriculture areas.  Bare  Low vegetated and un‐vegetated salt marshes  59,231  15  substratum  and newly accreted land.  Canal/creek  Canals or creeks systems surface, navigational  8,136  2  route of the islanders. Waterways which criss‐ cross the islands, and drain water from the  surrounding lands, play a vital role in carrying  runoff from agriculture and homestead  sources.     Total  406,795  100   

 

90

Table  3.  Accuracy  assessment  for  a  a  supervised  classification  of  March  2007  Landsat TM image from the Meghna deltaic islands of Bangladesh.    Row  Producerʹs  Userʹs     Reference data  accuracy  Classification data  Agr  Gra  Maf  Ses  Bas  Cac  totals accuracy  33  Agr  2  0  0  0  0  35  1.00  0.94  15  Gra  0  4  0  0  0  19  0.88  0.79  40  Maf  0  0  2  0  0  42  0.91  0.95  Ses  0  0  0  16  6  0  22  0.89  0.73  Bas  0  0  0  0  16  1  17  0.73  0.94  11  Cac  0  0  0  0  0  11  0.92  1.00  Column total  33  17  44  18  22  12  146       

Diagonal sum (bold) = 131; Overall accuracy = 0.897  Kappa agreement = 0.872; Kendallʹs tau = 0.962  Agr = Agriculture land, Gra = Grassland, Maf = Mangrove forest, Ses = Secondary  succession, Bas = Bare substratum, Cac = Canal/creek    Discussion  In  this  study,  technique  of  application,  mapping  the  mangrove  forest  in  the  coastal  islands  of  Bangladesh  was  explored  using  unsupervised  and  supervised  classification  techniques  of  Landsat  TM  data.  It  was  found  that  the  thematic  classes  from  the  supervised  classification  present  better  visualization.  This  is  due  to  the  fact  that  thematic  classes  of  the  classified  map  derived  from  digital  techniques  offer  improved  resolution  of  the  mapping  device.  The  results  revealed that higher accuracy of  image  classification  was  achieved  with  the  supervised  classification  method  that  coincided  with  Trisurat  et  al.  Figure 4. Thematic map with area estimation of  (2000), Alonso‐Perez et al. (2003)  different  land  cover  categories  of  the  coastal  and  Hossain  et  al.  (2003).  This  islands  obtained  by  Landsat  TM  image  March  may  be  due  to  the  analyst’s  2007 classification.   91

increased control in defining signatures for the classification decision rule (Joria  and  Jorgenson,  1996;  Trisurat  et  al.,  2000).  Recent  studies  indicated  that  optical  sensor  data  (e.g.,  SPOT,  IKONOS)  are  more  useful  in  extraction  of  mangrove  forest properties for assessing the vegetation status (Kovacs et al., 2005; Kovacs et  al.,  2008).  A  digital  elevation  model  is  useful  to  correct  topographic  effects  and  would  aid  in  increasing  accuracy  between  mangrove  and  secondary  succession  vegetation of the islands. Unfortunately, such data are currently not available in  most  islands  and  requires  substantial  time  and  resources  to  generate  at  local  condition. Thus, it was necessary to define simplified cover classes more suited  to remotely sensed data capacities, such as Landsat TM. Moreover, reliable field  data  and  ground  truthing  are  essential  for  assessment  of  accuracy,  because  this  technique  minimizes  errors,  which  may  have  occurred  due  to  forest  succession  (Trisurat  et  al.,  2000).  However,  the  accuracy  analysis  showed  that  image  classification  was  meaningful  and  significantly  better  than  a  random  classification.    The  findings  revealed  that  the  landscape  associated  with  coastal  islands  is  defined  as  predominantly  agriculture  (68%  of  total  area).  The  result  shows  that  about 60,000 ha accreted and marshy bare substratum remained unutilized in the  study  area.  As  mangrove  is  being  distributed  along  the  coast  for  quite  a  long  period, the local people utilize their experience of the local environment and the  knowledge gathered from researchers in generating mangrove buffer zone with  suitable  species.  The  protective  benefit  of  mangrove  forest  against  tropical  cyclone  and  wave  action  is  important  and  well‐recognized  (Siddiqi  et al.,  1992;  Hossain et al., 2003; Badola and Hussain, 2005). Measurement of wave forces and  modelling  of  fluid  dynamics  suggest  that  mangrove  vegetation  may  shield  coastlines  from  cyclone,  storm  surge  and  tsunami  damage  by  dissipating  incoming  wave  energy and  reducing  the  erosion rates  (Walton  et al., 2006;  Kerr  and Baird, 2007). Besides, the wave‐driven, wind‐driven, and tidal currents also  reduce due to the dense network of trunks, branches and aboveground roots of  the mangroves. This latter can be seen as an increased bed roughness (Quartel et  al., 2007). Analytical models show that 30 trees per 100 m2 in a 100 m wide belt  may  reduce  the  maximum  tsunami  flow  pressure  by  more  than  90%  (Hiraishi  and  Harada,  2003).  Human  death  greatly  reduced  by  having  mangrove  forest,  but  damages  to  house  and  livestock  loss  were  comparatively  less  responsive  in  Orissa coast of India during the super cyclone (T7 category) of October 1999 (Das,  2007).  The  monstrous  tsunami  of  December  2007  killed  174,000  people  and  destroyed  tens  of  thousands  of  buildings  in  Thailand,  Indonesia,  India,  the  Maldives and Sri Lanka. Thailandʹs Ranong areas were almost unaffected by the  tsunami due to the resistance provided by luxuriant offshore mangrove forests.  Effective  governance  structures,  socioeconomic  risk  policies,  and  education   

92

strategies are needed to enable societies around the world to reverse the trend of  mangrove  loss  and  ensure  that  future  generations  enjoy  the  ecosystem  services  provided by such valuable natural ecosystems (Kavanagh, 2007).    Acknowledgements  This  research  was  carried  out  as  part  of  the  Higher  Education  Link  (HEL)  Programme,  supported  by  the  British  Council  reference  no  BGL/BC‐HEL/2007‐ 08/NY  of  the  “Conserving  mangrove  forests  to  mitigate  the  impact  of  climate  change  in  the  coast  of  Bangladesh”.  As  well  as  the  authors,  the  fieldwork  team  included Ms. Fahmida Islam Munni, M. Mizanur Rahman, AZM Monjur Hossain,  Ziaur  Rahman,  Abdur  Rahim  and  Saiful  Islam.  COAST  Trust,  the  local  administration of Hatiya and Bhola Islands provided logistical assistance during  fieldwork.  Dr  Andy  Dougill,  Mr.  Sayedur  Rahman  Chowdhuruy,  Dr.  Rashed‐ Un‐Nabi  and  Professor  Nani  Gopal  Das  provided  advice,  inspiration  and  institutional support. We acknowledge all of this assistance with gratitude.     References  Alonso‐Perez,  F.,  Ruiz‐Luna,  A.,  Turner,  J.,  Berlanga‐Robles,  C.A  and  Mitchelson‐Jacob,  G.,  2003.  Land  cover  changes  and  impact  of  shrimp  aquaculture  on  the  landscape  in  the  Ceuta  coastal  lagoon  system,  Sinaloa,  Mexico. Ocean and Coastal Management, 46: 583‐600.  Badola,  R  and  Hussain,  S.A.,  2005.  Valuing  ecosystem  functions:  an  empirical  study on the storm protection function of Bhitarkanika mangrove ecosystem,  India. Environmental Conservation, 32(1): 85‐92.  Biswash,  A.K.,  1978.  Environmental  implication  of  water  development  for  developing countries. Water supply and Management, 2: 283‐297.  Congalton, R.G and Green, K., 1999. Assessing the accuracy of remotely sensed data:  principles and practices. Boca Raton: Lewis Publishers, 137 p.   Curry,  J.R  and  Moore,  D.G.,  1971.  Growth  of  the  Bengal  deep‐sea  fan  and  denudation  in  the  Himalayas.  In:  Submarine  Canyon  and  deep  sea  fans,  ed.  J.H.M. Whitaker, pp. 236‐245. Hutchinson and Ross Inc. Pennsylvania.  Das,  S.,  2007.  Storm  protection  by  mangroves  in  Orissa:  an  analysis  of  the  1999  super cyclone. SANDEE Working Papers, ISSN 1893‐1891; 2007‐ WP 25, pp.  66.  Dave,  R.,  2006.  Mangrove  ecosystems  of  Southwest  Madagascar:  an  ecological,  human  impact  and  subsistence  value  assessment.  Tropical Resources Bulletin,  25: 7‐13.  Green,  E.P.,  Mumby,  P.J.,  Edwards,  A.J  and  Ur‐Clark,  C.D.,  1996.  A  review  of  remote  sensing  for  tropical  coastal  resources  assessment  and  management.  Coastal Management, 24: 1‐40. 

 

93

Green, E.P., Clark, C.D., Mumby, P.J., Edwards, A.J and Ellis, A.C., 1998. Remote  sensing  techniques  for  mangrove  mapping.  International  Journal  of  Remote  Sensing, 19: 935– 956.  Hiraishi, T and Harada, K., 2003. Greenbelt tsunami prevention in South‐Pacific  region. Report of the Port and Airport Research Institute, 42(2):1‐23.  Hord,  R.M.,  1982.  Digital  Image  Processing  of  Remotely  Sensed  Data.  New  York,  Academic Press.  Hossain, M.S., 2001. Biological aspects of the coastal and marine environment of  Bangladesh. Ocean & Coastal Management, 44(3‐4): 261‐282.  Hossain, M.S., Lin, C.K., Tokunaga, M and Hussain, M.Z., 2003. Remote sensing  and GIS application for suitable mangrove afforestation area selection in the  coastal zone of Bangladesh. Geocarto International, 18(1:): 61‐65.  Hossain,  M.S.,  Chowdhury,  S.R.,  Das,  N.G  and  Rahaman,  M.M.,  2007a.  Multi  criteria  evaluation  approach  to  GIS‐based  land  suitability  classification  for  tilapia farming in Bangladesh. Aquaculture International, 15: 425‐443.  Hossain, M.S., Das, N.G and Chowdhury, M.S.N., 2007b. Fisheries Management of  the Naaf River. Coastal and Ocean Research Group of Bangladesh, 268 p.  Hossain,  M.S.,  Chowdhury,  S.A  and  Chowdhury,  M.A.T.,  2007c.  Integrated  remote  sensing,  GIS  and  participatory  approach  to  study  coastal  island  resources  of  Bangladesh.  Songklanakarin  Journal  of  Social  Science  and  Humanities, 13(3): 413‐433.  Hossain,  M.S.,  Sam,  W  and  Shamsuddoha,  M.,  2008.  Care  mangrove  forest  care  coastal  people.  Institute  of  Marine  Sciences  and  Fisheries,  Chittagong  University, Bangladesh, 4 p.  Hossain,  M.S.,  2008.  Land  suitability  analysis  for  sustainable  aquaculture  development in Noakhali coast. PhD dissertation, University of Chittagong,  Bangladesh, 168 pp.   Joria,  P.E  and  Jorgenson,  J.C.,  1996.  Comparison  of  three  methods  for  mapping  Tundra  with  Landsat  digital  data.  Photogrammetric  Engineering  and  Remote  Sensing, 61: 321‐327.  Kathiresan,  K  and  Bingham,  B.L.,  2001.  Biology  of  mangroves  and  mangrove  ecosystems. Advances in Marine Biology, 40: 81‐251.  Kavanagh, E., 2007. A world without mangroves? Science, 317: 41‐42.  Kay,  R.J.,  Hick,  P.T  and  Houghton,  H.J.,  1991.  Remote  sensing  of  Kimberley  rainforests.  In:  Kimberley  Rainforests,  ed.  N.I.  McKenzie,  R.B.Johnston  and  P.G.Kendrick, pp. 41‐51. Surrey Beatty: Chipping Norton, Australia.  Kerr, A.M and Baird, A.H., 2007. Natural barriers to natural disasters. BioScience,  57(2): 102‐103.  Khan, Y.S.A., Hossain, M.S., Hossain, S.M.G.A and Halimuzzaman, A.H.M., 1998.  An  environmental  assessment  of  trace  metals  in  the  Ganges‐Brahmaputra‐ Meghna estuary. Journal of Remote Sensing and Environment, 2: 103‐117.   

94

Kovacs, J.M., Wang, J and Flores‐Verdugo, F., 2005. Mapping mangrove leaf area  index  at  the  species  level  using  IKONOS  and  LAI‐2000  sensors.  Estuarine  Coastal and Shelf Science, 62: 377‐384.  Kovacs, J.M., Vandenberg, C.V., Wang, J and Flores‐Verdugo, F., 2008. The use of  multipolarized  spaceborne  SAR  backscatter  for  monitoring  the  health  of  a  degraded mangrove forest. Journal of Coastal Research, 24(1): 248‐254.  Ma,  Z  and  Redmond,  R.  L.,  1995.  Tau  coefficients  for  accuracy  assessment  of  classification of remote sensing data. Photogrammetric Engineering and Remote  Sensing, 61: 435‐439.  Manson,  F.J.,  Loneragan,  N.R.,  McLeod,  I.M  and  Kenyon,  R.A.,  2001.  Assessing  techniques for estimating the extent of mangroves: topographic maps, aerial  photographs and Landsat TM images. Marine & Freshwater Research, 52: 787 – 792.  Mather, P. M., 1987. Computer Processing of Remotely‐Sensed Images: an Introduction.  Chichester, John Wiley & Sons.  Mausel,  P.,  Wu,  Y.,  Li,  Y.,  Moran,  E.F  and  Brondizio,  E.S.,  1993.  Spectral  identification  of  successional  stages  following  deforestation  in  the  Amazon.  Geocarto International, 4: 61‐71.  Odum,  E.P.,  1971.  Fundamentals  of  ecology.  Third  ed.,  W.B  Sanders  Company,  Philadelphia.  Quartel,  S.,  Kroon,  A.,  Augustinus,  P.G.E.F.,  Santen,  P.V  and  Tri,  N.H.,  2007.  Wave  attenuation  in  coastal  mangroves  in  the  Red  River  Delta,  Vietnam.  Journal of Asian Earth Sciences, 29: 576‐584.  Research  Systems  Inc.,  2000a.  ENVI  user’s  guide.  ENVI  version  3.4.  Research  Systems Inc., USA  Research  Systems  Inc.,  2000b  Exploring  ENVI,  training  course  manual.  Better  Solutions Consulting Limited, Liability Company, USA  Sader, S.A., Stone, T.A and Joyce, A.T., 1990. Remote sensing of tropical forests:  an  overview  of  research  and  applications  using  non‐photographic  sensors.  Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 56: 1343‐1351.  Siddiqi, N.A., Khan, M.A., Islam, M.R and Hoque, A.K.F., 1992. Underplanting ‐  a  means  to  ensure  sustainable  mangrove  plantations  in  Bangladesh.  Bangladesh Journal of Forest Science, 21(1&2): 1‐6.  Tou,  J.T  and  Gonzalez,  R.C.,  1974.  Pattern  Recognition  Principles.  Reading,  MA:  Addison‐Wesley.  Trisurat,  Y.,  Eiumnoh,  A.,  Murai,  S.,  Hussain,  M.Z  and  Shrestha,  R.P.,  2000.  Improvement  of  tropical  vegetation  mapping  using  a  remote  sensing  technique: a case of Khao Yai National Park, Thailand. International Journal of  Remote Sensing, 21(10): 2031‐2042.  UNEP‐WCMC.,  2006.  In  the  front  line:  Shoreline  protection  and  other  ecosystem  services from mangrove and coral reefs. Cambridge, UK: UNEP‐WCMC, 33 p.   

95

Walton,  M.E.M.,  Samonte‐Tan,  G.P.B.,  Primavera,  J.H.,  Edwards‐Jones,  G  and  Vay,  L.L.,  2006.  Are  mangroves  worth  replanting?  The  direct  economic  benefits  of  a  community‐based  reforestation  project.  Environmental  Conservation, 33(4): 335‐343.  Wells,  S.,  2006.  In  the  front  line:  Shoreline  protection  and  other  ecosystem  services from mangroves and coral reefs; UNEP‐WCMC.  West,  W.Q.B.,  1973.  Fishery  Resources  of  the  upper  Bay  of  Bengal.  IOFC/DEV/73/28. FAO, Rome, 44 p.  Woodfine,  A.C.,  1991.  North  east  Sumatra  prawn  project,  remote  sensing  component.  Final  Report  to  Natural  Resources  Institute/Overseas  Development Agency, Philippines.   

 

96

Suggest Documents