Modeling the influence of coastal vegetation on the 2004 tsunami wave impact

A tsunami causes several effects once it reaches inland. Infrastructure damage and casualties are two of its most severe consequences being mostly determined by seaquake intensity and offshore properties. Nevertheless, once on land, the energy of the wave is attenuated by gravity (elevation) and friction (land cover). Despite being promoted as bio-shields against wave impact, proposed tree-belt effects lacked quantitative evidence of their performance in such extreme events, and have been criticized for creating a false sense of security. The current study analyzed some of the land uses in sites affected by the 2004 tsunami event, especially in coastal areas close to the coast of Indonesia, more specifically on the west coast of Aceh, Sumatra as well as on the Seychelles. Using transects perpendicular to the coast, the influence of coastal vegetation on the impact of the 2004 tsunami, particularly cultivated trees, was modeled. A spatial statistical model using a land cover roughness coefficient to account for the resistance offered by different land uses to the wave advance was developed. The coefficient was built using land cover maps, land use characteristics (stem diameter, height, and planting density), as well as a literature review. The spatial generalized linear mixed models used showed that while distance to coast was the dominant determinant of impact (casualties and infrastructure damage), the existing coastal vegetation in front of settlements also significantly reduced casualties, in the case of Aceh, by an average of 5%. Despite this positive effect of coastal vegetation in front of a settlement, it was also found that dense vegetation behind villages endangered human lives and increased structural damage in the same case, most likely due to debris carried by the backwash. The models initially developed in Aceh were adapted and tested for the effects that the same tsunami event caused in the Seychelles, where the intensity of the event was a tenth of that in Aceh. These new models suggested no direct effect of coastal vegetation, but they indicated that vegetation maintained dunes decreased the probability of structural damage. Additionally, using satellite imagery with higher resolution than that of the first study and/or from different years before the tsunami, corresponding land roughness coefficients were developed and tested with the existing models. The new models showed no signs of further increase of goodness of fit (AIC). Nevertheless, weather conditions at the acquisition dates as well as coverage and lack of image availability diminished the predictive power of these models. Overall, more than advocating for or against tree belts, a sustainable and effective coastal risk management should be promoted. This planning should acknowledge the location (relative to the sea) of settlements as the most important factor for future coastal arrangements. Nevertheless, it should also consider the possible direct and indirect roles of coastal vegetation, determined by its spatial arrangement as shown in the study models. Sustainability of these measures would only occur when coastal vegetation is regarded as a livelihood provider rather than just as a bio-shield. Practical examples could include, e.g. rubber plantations or home gardens in front of settlements, while leaving escape routes or grasslands and coconut plantations behind these. Therefore, the enforcement of educational programs, the setup and maintenance of effective warning systems and the adequate spatial allocation of coastal vegetation bringing tangible short and mid term benefits for local communities, as well as its adaption to local customs should be considered.Tsunamis können beim Erreichen besiedelter Landflächen schwerste Schäden an Menschen und Infrastruktur verursachen. Die Intensität eines Tsunamis an der Küstenlinie wird wesentlich von der Stärke des verursachenden Seebebens und der Bathimetrie des Meeresgrunds beeinflusst. An Land wird die Intensität der Wellen dann im Wesentlichen durch die Schwerkraft (als Funktion der Topographie) und Reibung (Funktion der Vegetation) abgeschwächt. Folglich wird die Pflanzung von Baumgürteln als Schutzschild gegen Tsunamis vielerorts gefördert, obwohl bisher keine quantitativen Belege für ihren tatsächlichen Nutzen bei großen Tsunamis vorliegen. In diesem Fall könnten Baumpflanzungen Bewohnern von Küstengegenden sogar ein trügerisches Gefühl von Sicherheit vermitteln. In der vorliegenden Arbeit wurden die Auswirkungen verschiedener Landnutzungen auf Tsunamischäden an einigen durch den großen Tsunami von 2004 betroffenen Orten an der Westküste von Aceh, Sumatra, Indonesien, und den Seychellen untersucht. Mit Hilfe von orthogonal zur Küste verlaufenden Transsekten wurde der Einfluss der Küstenvegetation, insbesondere von Bäumen, auf die Auswirkungen des Tsunamis 2004 modelliert. Geostatistische Modelle (generalised linear mixed models - GLMM) wurden entwickelt, um den Einfluss verschiedener Vegetationstypen auf die Reichweite der Welle, sowie Opferzahlen und Schäden an Wohngebäuden, zu schätzen. In die Modelle flossen Topographie, Landnutzung und Werte des Reibungswiderstands verschiedener Landnutzungen, geschätzt aus Stammdurchmesser, Höhe und Planzdichte, ein. Mittels der GLMM wurde die Entfernung einer Siedlung zur Küste als wichtigster determinierender Faktor für Todesfälle und Schäden an Gebäuden durch den Tsunami ermittelt. Daneben zeigte sich jedoch auch, dass dichte Küstenvegetation zwischen Siedlungen und der Küste in Aceh die Anzahl der Todesfälle signifikant (im Durchschnitt um 5%) reduzierte. Im Gegensatz zu dem positiven Effekt der Küstenvegetation zwischen Siedlungen und der Küstenlinie wurden bei dichter Vegetation landeinwärts der Siedlungen erhöhte Opferzahlen und Schäden an Gebäuden festgestellt, was vermutlich auf den Transport von Trümmern in den ins Meer zurückströmenden Wellen zurückzuführen ist. Die Modelle, ursprünglich entwickelt für Aceh, wurden im Folgenden angepasst und auf die Auswirkungen desselben Tsunamis in den Seychellen getestet. Dort betrug die Intensität der Wellen ein Zehntel derer in Aceh und küstennahe Schutzwälle sowie Dünen verminderten die Auswirkungen des Tsunamis. Die angepassten Modelle ergaben keine direkten Auswirkungen der Küstenvegetation auf Tsunamischäden in den Seychellen, allerdings deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Schäden an Gebäuden durch Dünen reduziert werden konnten. Da die Dünen durch Vegetation wesentlich vor Erosion gesschützt werden, besteht hier zumindest eine indirekte Auswirkung der Pflanzendecke. Zusätzlich wurde für die Modelle im Fall Aceh ein weiterer Verbesserungsansatz getestet. Mit Hilfe hochauflösender Satellitenbilder aus verschiedenen Jahren vor dem Tsunami konnten verbesserte Reibungswiderstands-Koeffizienten entwickelt und anhand der existierenden Modelle getestet werden. Die neuen Koeffizienten führten allerdings nicht zu einer signifikanten Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit der Modelle, was jedoch teilweise auch ungünstigen Wetterverhältnissen zum Zeitpunkt der Luftaufnahmen und lückenhafter Datenlage geschuldet war. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit legen nahe, dass nachhaltige und effektive Maßnahmen zur Risikoverminderung in gefährdeten Küstenregionen verstärkt werden sollten. Dabei sollte die Entfernung der Siedlungen zum Meer als wichtigster Faktor für zukünftige Küstenschutzmaßnahmen berücksichtigt werden. Zusätzlich sollten mögliche direkte und indirekte Auswirkungen der küstennahen Vegetation berücksichtigt werden. Die Akzeptanz und Nachhaltigkeit solcher Maßnahmen kann nur erreicht werden, wenn Küstenvegetation nicht ausschließlich als Schutzschild, sondern als Teil der Lebensgrundlage der Bevölkerung dient. In der Praxis könnten zum Beispiel Kautschukplantagen oder Hausgärten zwischen Siedlungen und Küste angelegt werden, während hinter den Siedlungen Fluchtwege, Weiden und Kokosnussplantagen integriert werden könnten. Die Förderung von Schulungsprogrammen für die Bevölkerung, die Entwicklung effektiver Warnsysteme, und eine den örtlichen Begebenheiten angepasste räumliche Anordnung der Küstenvegetation können konkrete kurz- und mittelfristige Vorteile für die lokale Bevölkerung bringen

Modeling the influence of coastal vegetation on the 2004 tsunami wave impact

A tsunami causes several effects once it reaches inland. Infrastructure damage and casualties are two of its most severe consequences being mostly determined by seaquake intensity and offshore properties. Nevertheless, once on land, the energy of the wave is attenuated by gravity (elevation) and friction (land cover). Despite being promoted as bio-shields against wave impact, proposed tree-belt effects lacked quantitative evidence of their performance in such extreme events, and have been criticized for creating a false sense of security. The current study analyzed some of the land uses in sites affected by the 2004 tsunami event, especially in coastal areas close to the coast of Indonesia, more specifically on the west coast of Aceh, Sumatra as well as on the Seychelles. Using transects perpendicular to the coast, the influence of coastal vegetation on the impact of the 2004 tsunami, particularly cultivated trees, was modeled. A spatial statistical model using a land cover roughness coefficient to account for the resistance offered by different land uses to the wave advance was developed. The coefficient was built using land cover maps, land use characteristics (stem diameter, height, and planting density), as well as a literature review. The spatial generalized linear mixed models used showed that while distance to coast was the dominant determinant of impact (casualties and infrastructure damage), the existing coastal vegetation in front of settlements also significantly reduced casualties, in the case of Aceh, by an average of 5%. Despite this positive effect of coastal vegetation in front of a settlement, it was also found that dense vegetation behind villages endangered human lives and increased structural damage in the same case, most likely due to debris carried by the backwash. The models initially developed in Aceh were adapted and tested for the effects that the same tsunami event caused in the Seychelles, where the intensity of the event was a tenth of that in Aceh. These new models suggested no direct effect of coastal vegetation, but they indicated that vegetation maintained dunes decreased the probability of structural damage. Additionally, using satellite imagery with higher resolution than that of the first study and/or from different years before the tsunami, corresponding land roughness coefficients were developed and tested with the existing models. The new models showed no signs of further increase of goodness of fit (AIC). Nevertheless, weather conditions at the acquisition dates as well as coverage and lack of image availability diminished the predictive power of these models. Overall, more than advocating for or against tree belts, a sustainable and effective coastal risk management should be promoted. This planning should acknowledge the location (relative to the sea) of settlements as the most important factor for future coastal arrangements. Nevertheless, it should also consider the possible direct and indirect roles of coastal vegetation, determined by its spatial arrangement as shown in the study models. Sustainability of these measures would only occur when coastal vegetation is regarded as a livelihood provider rather than just as a bio-shield. Practical examples could include, e.g. rubber plantations or home gardens in front of settlements, while leaving escape routes or grasslands and coconut plantations behind these. Therefore, the enforcement of educational programs, the setup and maintenance of effective warning systems and the adequate spatial allocation of coastal vegetation bringing tangible short and mid term benefits for local communities, as well as its adaption to local customs should be considered.Tsunamis können beim Erreichen besiedelter Landflächen schwerste Schäden an Menschen und Infrastruktur verursachen. Die Intensität eines Tsunamis an der Küstenlinie wird wesentlich von der Stärke des verursachenden Seebebens und der Bathimetrie des Meeresgrunds beeinflusst. An Land wird die Intensität der Wellen dann im Wesentlichen durch die Schwerkraft (als Funktion der Topographie) und Reibung (Funktion der Vegetation) abgeschwächt. Folglich wird die Pflanzung von Baumgürteln als Schutzschild gegen Tsunamis vielerorts gefördert, obwohl bisher keine quantitativen Belege für ihren tatsächlichen Nutzen bei großen Tsunamis vorliegen. In diesem Fall könnten Baumpflanzungen Bewohnern von Küstengegenden sogar ein trügerisches Gefühl von Sicherheit vermitteln. In der vorliegenden Arbeit wurden die Auswirkungen verschiedener Landnutzungen auf Tsunamischäden an einigen durch den großen Tsunami von 2004 betroffenen Orten an der Westküste von Aceh, Sumatra, Indonesien, und den Seychellen untersucht. Mit Hilfe von orthogonal zur Küste verlaufenden Transsekten wurde der Einfluss der Küstenvegetation, insbesondere von Bäumen, auf die Auswirkungen des Tsunamis 2004 modelliert. Geostatistische Modelle (generalised linear mixed models - GLMM) wurden entwickelt, um den Einfluss verschiedener Vegetationstypen auf die Reichweite der Welle, sowie Opferzahlen und Schäden an Wohngebäuden, zu schätzen. In die Modelle flossen Topographie, Landnutzung und Werte des Reibungswiderstands verschiedener Landnutzungen, geschätzt aus Stammdurchmesser, Höhe und Planzdichte, ein. Mittels der GLMM wurde die Entfernung einer Siedlung zur Küste als wichtigster determinierender Faktor für Todesfälle und Schäden an Gebäuden durch den Tsunami ermittelt. Daneben zeigte sich jedoch auch, dass dichte Küstenvegetation zwischen Siedlungen und der Küste in Aceh die Anzahl der Todesfälle signifikant (im Durchschnitt um 5%) reduzierte. Im Gegensatz zu dem positiven Effekt der Küstenvegetation zwischen Siedlungen und der Küstenlinie wurden bei dichter Vegetation landeinwärts der Siedlungen erhöhte Opferzahlen und Schäden an Gebäuden festgestellt, was vermutlich auf den Transport von Trümmern in den ins Meer zurückströmenden Wellen zurückzuführen ist. Die Modelle, ursprünglich entwickelt für Aceh, wurden im Folgenden angepasst und auf die Auswirkungen desselben Tsunamis in den Seychellen getestet. Dort betrug die Intensität der Wellen ein Zehntel derer in Aceh und küstennahe Schutzwälle sowie Dünen verminderten die Auswirkungen des Tsunamis. Die angepassten Modelle ergaben keine direkten Auswirkungen der Küstenvegetation auf Tsunamischäden in den Seychellen, allerdings deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Schäden an Gebäuden durch Dünen reduziert werden konnten. Da die Dünen durch Vegetation wesentlich vor Erosion gesschützt werden, besteht hier zumindest eine indirekte Auswirkung der Pflanzendecke. Zusätzlich wurde für die Modelle im Fall Aceh ein weiterer Verbesserungsansatz getestet. Mit Hilfe hochauflösender Satellitenbilder aus verschiedenen Jahren vor dem Tsunami konnten verbesserte Reibungswiderstands-Koeffizienten entwickelt und anhand der existierenden Modelle getestet werden. Die neuen Koeffizienten führten allerdings nicht zu einer signifikanten Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit der Modelle, was jedoch teilweise auch ungünstigen Wetterverhältnissen zum Zeitpunkt der Luftaufnahmen und lückenhafter Datenlage geschuldet war. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit legen nahe, dass nachhaltige und effektive Maßnahmen zur Risikoverminderung in gefährdeten Küstenregionen verstärkt werden sollten. Dabei sollte die Entfernung der Siedlungen zum Meer als wichtigster Faktor für zukünftige Küstenschutzmaßnahmen berücksichtigt werden. Zusätzlich sollten mögliche direkte und indirekte Auswirkungen der küstennahen Vegetation berücksichtigt werden. Die Akzeptanz und Nachhaltigkeit solcher Maßnahmen kann nur erreicht werden, wenn Küstenvegetation nicht ausschließlich als Schutzschild, sondern als Teil der Lebensgrundlage der Bevölkerung dient. In der Praxis könnten zum Beispiel Kautschukplantagen oder Hausgärten zwischen Siedlungen und Küste angelegt werden, während hinter den Siedlungen Fluchtwege, Weiden und Kokosnussplantagen integriert werden könnten. Die Förderung von Schulungsprogrammen für die Bevölkerung, die Entwicklung effektiver Warnsysteme, und eine den örtlichen Begebenheiten angepasste räumliche Anordnung der Küstenvegetation können konkrete kurz- und mittelfristige Vorteile für die lokale Bevölkerung bringen

What do we know about poverty in North Korea?

Reliable quantitative information on the North Korean economy is extremely scarce. In particular, reliable income per capita and poverty figures for the country are not available. In this contribution, we provide for the first time estimates of absolute poverty rates in North Korean subnational regions based on the combination of innovative remote-sensednight-time light intensity data (monthly information for built areas) with estimated income distributions. Our results, which are robust to the use of different methods to approximatethe income distribution in the country, indicate that the share of persons living in extreme poverty in North Korea may be larger than previously thought. We estimate a poverty rate for the country of around 60% in 2018 and a high volatility in the dynamics of income at the national level in North Korea for the period 2012–2018. Income per capita estimates tend to decline significantly from 2012 to 2015 and present a recovery since 2016. The subnational estimates of income and poverty reveal a change in relative dynamics since the second half of the 2012–2018 period. The first part of the period is dominated by divergent dynamics inincome across regions, while the second half reveals convergence in regional income

Recent Advances in Forest Observation with Visual Interpretation of Very High-Resolution Imagery

The land area covered by freely available very high-resolution (VHR) imagery has grown dramatically over recent years, which has considerable relevance for forest observation and monitoring. For example, it is possible to recognize and extract a number of features related to forest type, forest management, degradation and disturbance using VHR imagery. Moreover, time series of medium-to-high-resolution imagery such as MODIS, Landsat or Sentinel has allowed for monitoring of parameters related to forest cover change. Although automatic classification is used regularly to monitor forests using medium-resolution imagery, VHR imagery and changes in web-based technology have opened up new possibilities for the role of visual interpretation in forest observation. Visual interpretation of VHR is typically employed to provide training and/or validation data for other remote sensing-based techniques or to derive statistics directly on forest cover/forest cover change over large regions. Hence, this paper reviews the state of the art in tools designed for visual interpretation of VHR, including Geo-Wiki, LACO-Wiki and Collect Earth as well as issues related to interpretation of VHR imagery and approaches to quality assurance. We have also listed a number of success stories where visual interpretation plays a crucial role, including a global forest mask harmonized with FAO FRA country statistics; estimation of dryland forest area; quantification of deforestation; national reporting to the UNFCCC; and drivers of forest change

Promoting sustainable agricultural intensification and crowdsourcing plot information

Provision of adequate and timely information to farmers on the ground means optimizing crop production decisions, reducing costs and eliminating adverse effects of overuse of agricultural inputs, e.g. fertilizer. AgroTutor aims to support farmers across Mexico with benchmarking information, including historical and potential yield on the area where the plot is located, historical costs, income and profit as well as agronomical recommendations. Location and limits of parcels can be saved, and agronomical activities including costs, pictures and videos can be then added to document the cropping system

A comparison of global agricultural monitoring systems and current gaps

Global and regional scale agricultural monitoring systems aim to provide up-to-date information regarding food production to different actors and decision makers in support of global and national food security. To help reduce price volatility of the kind experienced between 2007 and 2011, a global system of agricultural monitoring systems is needed to ensure the coordinated flow of information in a timely manner for early warning purposes. A number of systems now exist that fill this role. This paper provides an overview of the eight main global and regional scale agricultural monitoring systems currently in operation and compares them based on the input data and models used, the outputs produced and other characteristics such as the role of the analyst, their interaction with other systems and the geographical scale at which they operate. Despite improvements in access to high resolution satellite imagery over the last decade and the use of numerous remote-sensing based products by the different systems, there are still fundamental gaps. Based on a questionnaire, discussions with the system experts and the literature, we present the main gaps in the data and in the methods. Finally, we propose some recommendations for addressing these gaps through ongoing improvements in remote sensing, harnessing new and innovative data streams and the continued sharing of more and more data

AgroTutor: A Mobile Phone Application Supporting Sustainable Agricultural Intensification

Traditional agricultural extension services rely on extension workers, especially in countries with large agricultural areas. In order to increase adoption of sustainable agriculture, the recommendations given by such services must be adapted to local conditions and be provided in a timely manner. The AgroTutor mobile application was built to provide highly specific and timely agricultural recommendations to farmers across Mexico and complement the work of extension agents. At the same time, AgroTutor provides direct contributions to the United Nations Sustainable Development Goals, either by advancing their implementation or providing local data systems to measure and monitor specific indicators such as the proportion of agricultural area under productive and sustainable agriculture. The application is freely available and allows farmers to geo-locate and register plots and the crops grown there, using the phone’s built-in GPS, or alternatively, on top of very high-resolution imagery. Once a crop and some basic data such as planting date and cultivar type have been registered, the application provides targeted information such as weather, potential and historical yield, financial benchmarking information, data-driven recommendations, and commodity price forecasts. Farmers are also encouraged to contribute in-situ information, e.g., soils, management, and yield data. The information can then be used by crop models, which, in turn, send tailored results back to the farmers. Initial feedback from farmers and extension agents has already improved some of the application’s characteristics. More enhancements are planned for inclusion in the future to increase the application’s function as a decision support tool