Monitoring wetland cover changes during the past two decades within the protected areas of the Sudd wetland in South Sudan using MODIS data

Abstract

The Sudd wetland, situated along the White Nile in the Republic of South Sudan, is recognized internationally for its unique environmental features. The distinctive ecological characteristics have resulted in the creation of numerous nature reserves in efforts to conserve the habitats and ecosystem services provided. Monitoring changes within the nature reserves usually contributes to their protection. However, the political instabilities within the Republic of South Sudan makes obtaining in-situ data measurements difficult. Remote sensing technology therefore provides a solution to monitoring areas otherwise restricted by inaccessibility or regional conflicts.

The aim of this thesis project was to monitor potential wetland vegetation cover changes within the protected areas of the Sudd wetland in March 2000-2020. Possible variations in wetland cover were related to water level changes in Lake Victoria, Lake Albert, and Lake Kyoga, in addition to average precipitation from the years preceding the obtain wetland vegetation cover. Furthermore, frequency and magnitude of armed conflicts associated with herder-pastoralist communities surrounding the protected areas was related to changes in vegetation dynamics and the hydrological variables. The wetland vegetation cover was categorized into three groups, open water, seasonally-flooded grassland, and marsh, using previously reported classification methods of applying historical MODIS NDVI imagery data.

This thesis project found the water levels of Lake Albert to significantly influence the spatial and temporal variations in wetland vegetation cover extent, corresponding with previously reported results. Continued elevated water basins levels may have potentially sustained a high value of mean NDVI within the Sudd wetland during years of nationwide droughts. The water levels of Lake Victoria and Lake Kyoga, in addition to the average yearly precipitation appeared to have no statistically significant association with the mean NDVI and vegetation cover area of the Sudd wetland. This study found the yearly number of reported conflicts to be associated with an elevated mean NDVI, and to be predominantly distributed in close proximity to ethnic pastoral boarders and within larger cities and towns. No statistically significant correlation was found between the magnitude of conflicts and the vegetational and hydrological variables. The analysis further highlighted the spatial variations in vegetation covers between the protected areas of the Sudd wetland, indicating a high natural variability within the areas. Monitoring variations in vegetation cover as performed in this study contributes to our understanding how the wetland is affected by different mechanisms and processes over time. Furthermore, in a region expected to receive an increased frequency of climate extremes, the understanding of vegetation responses to hydrological fluctuations increases. The usage of satellite remote sensing for monitoring variations in wetland vegetation cover have in this thesis project shown to be an effective method for observing large inaccessible areas. Future studies should further focus on monitoring local changes within the wetland and their potential hydroclimatic drivers.

Abstract (Swedish)

Suddträsket är ett internationellt erkänt våtmarksområde av stor betydelse som ligger beläget längst Vita Nilen i Sydsudan. Våtmarkens unika ekologiska miljöer har lett till skapandet av flera naturskyddsområden för bevarandet av de naturliga habitaten och dess ovärderliga ekosystemtjänster. Tillsyn av skyddsområdena bidrar i allmänhet till deras bevarande. Däremot har de pågående politiska osäkerheterna i Sydsudan begränsat tillgängligheten och därav försvårat tillsynsarbete och vidare forskning. Satellitbaserad fjärranalys bidrar med en lösning till undersökning av områden annars begränsade av regionala konflikter.

Syftet med studien var att undersöka potentiella variationer i våtmarksvegetationen inom Suddträskets naturskyddsområden under mars månad 2000–2020. Variationer i våtmarksvegetationen jämfördes med genomsnittliga vattennivåer i Victoriasjön, Albertsjön och Kyogasjön, samt variationer i genomsnittlig nederbörd. Därutöver undersöktes även förekomsten och omfattningen av konflikter associerade med pastorala samhällen omkring Suddträskets naturskyddsområden. Antalet rapporterade konflikter jämfördes med våtmarksvegetationen inom naturskyddsområdena samt de genomsnittliga värdena av de undersökta vattennivåerna och den årliga nederbörden. Våtmarksvegetationen kategoriserades i tre olika grupper, öppet vatten, översvämmade gräsmarker samt träsk, och baserades på tidigare klassificeringsmetoder med användning av MODIS NDVI satellitdata.

Masteruppsatsens analys fann att de hydrologiska variationerna i Albertsjön signifikant påverkade variationerna i vegetationsklassernas utbredd inom Suddträskets naturskyddsområden. Resultaten stämde överens med tidigare rapporterade studier. De genomsnittliga vattennivåerna kan potentiellt ha medfört fortsatt höga NDVI värden inom våtmarken under år med dokumenterad nationell torka. Däremot visade sig variationer i Victoriasjön, Kyogasjön samt genomsnittlig årlig nederbörd inte ha någon statistiskt signifikant effekt på NDVI eller vegetationsklassernas utbredd. Ytterligare fann analysen att antalet dokumenterade konflikter var associerade med ett högre värde av NDVI, samt att konflikterna var fördelade främst omkring större städer och i närheten av folkslagsspecifika pastorala gränser. Inga statistiskt signifikanta korrelationer hittades däremot mellan omfattningen av de dokumenterade konflikterna och de hydrologiska variablerna samt våtmarksvegetationen. Studien framhävde även naturliga variationer inom vegetationsklassernas utbredd mellan Suddträskets olika naturskyddsområden. Undersökningar likt denna studie bidrar till förståelsen hur olika mekanismer och processer påverkar våtmarksområdet under en längre tid. I ett område som förväntas utsättas för en ökad förekomst av klimatextrema händelser ökar behovet för förståelse kring vegetationsförändringar till följd av hydrologiska variationer. Användningen av satellitbaserad fjärranalys för undersökning av våtmarksvegetationer har i den här masteruppsats visat sig vara en effektiv metod. Framtida studier bör undersöka lokala vegetationsvariationer inom våtmarksområdet och deras potentiella hydroklimatologiska påverkningar.

Popular Abstract (Swedish)

Suddträsket är ett internationellt erkänt våtmarksområde av stor betydelse som ligger beläget längst Vita Nilen i Sydsudan. Våtmarkens unika ekologiska miljöer har lett till skapandet av flera naturskyddsområden för bevarandet av de naturliga habitaten och dess ovärderliga ekosystemtjänster. Tillsyn av skyddsområdena bidrar i allmänhet till deras bevarande. Däremot har de pågående politiska osäkerheterna i Sydsudan begränsat tillgängligheten och därav försvårat tillsynsarbeten. Satellitbaserad fjärranalys bidrar med en lösning till undersökningar av områden annars begränsade av regionala konflikter.

Syftet med studien var att undersöka potentiella variationer i våtmarksvegetationen inom Suddträskets naturskyddsområden under mars månad 2000–2020. Våtmarksvegetationen kategoriserades utifrån ett satellitbaserat vegetationsindex som användes för att ge ett värde på mängden grönska inom våtmarksområdet. Variationer i våtmarksvegetationen jämfördes med genomsnittliga vattennivåer i Victoriasjön, Albertsjön och Kyogasjön, samt variationer i genomsnittlig nederbörd. Därutöver undersöktes även förekomsten och omfattningen av konflikter associerade med pastorala samhällen omkring Suddträskets naturskyddsområden. Antalet rapporterade konflikter jämfördes med våtmarksvegetationen inom naturskyddsområdena samt de genomsnittliga värdena av de undersökta vattennivåerna och den årliga nederbörden.

Masteruppsatsens analys fann att de hydrologiska variationerna i Albertsjön signifikant påverkade variationer i vegetationsklassernas utbredd inom Suddträskets naturskyddsområden. De genomsnittliga vattennivåerna kan potentiellt ha medfört fortsatt hög grönska inom våtmarken under år med dokumenterad nationell torka. Däremot visade sig variationerna i Victoriasjön, Kyogasjön samt den årliga nederbörden inte ha någon statistiskt signifikant anknytning med vegetationsindexet eller vegetationsklassernas utbredd. Ytterligare fann analysen att antalet dokumenterade konflikter var associerade med ett högre värde av grönska, samt att konflikterna var fördelade främst omkring större städer och i närheten av folkslagsspecifika pastorala gränser. Inga statistiskt signifikanta korrelationer hittades däremot mellan omfattningen av de dokumenterade konflikterna och de hydrologiska variablerna samt våtmarksvegetationen. Studien framhävde naturliga variationer inom vegetationsklassernas utbredd mellan Suddträskets olika naturskyddsområden. I en region som förväntas utsättas för en ökad förekomst av klimatextrema händelser ökar behovet av förståelse angående olika mekanismers och processers påverkan på vegetationsvariationer. Användningen av satellitbaserad fjärranalys för undersökning av våtmarksvegetationer har i den här masteruppsats visat sig vara en effektiv metod. Framtida studier bör undersöka lokala vegetationsförändringar inom våtmarksområdet och deras potentiella hydroklimatologiska påverkningar.

• author: Ruuskanen, Charlotta
• supervisor: Karin Hall; Jonas Ardö
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• course: NGEM01 20211
• year: 2021
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Physical Geography and Ecosystem analysis, MODIS, NDVI, Sudd Wetlands, Wetland Cover Classification, White Nile Hydrology, Armed Herder-Pastoralist Conflict analysis
• publication/series: Student thesis series INES
• report number: 548
• language: English
• additional info: Master thesis was performed in association with the Conflict and Environment Observatory.; External contact: Eoghan Darbyshire at the Conflict and Environment Observatory
• id: 9058998
• date added to LUP: 2021-06-29 10:50:07
• date last changed: 2021-06-29 10:50:07