Evaluating the effects of tropical cyclones on mangrove forests in Mozambique

The importance of mangroves is recognized worldwide, as these plants are fundamental for the sustenance of a series of marine and terrestrial species, for the preservation of coastlines, and also for local communities. Historically, mangroves over-exploitation and deforestation had been the main drivers of the loss of mangrove forest extent. However, although increasing efforts put in conservation policy-making are mitigating this threat, extreme climate events are becoming more and more problematic. Among these, the in- creasing number of tropical cyclones is the main contributor to mangrove forest losses. Understanding the dynamics of the long-term damage caused by these events requires specific analyses, which up to now have been done only in a select few areas, namely the Caribbeans and Australia. Unfortunately, close to nothing is available in the literature regarding the impacts of tropical cyclones in South-East Africa, and specifically Mozam- bique, even though it boasts one of the largest Mangrove forests in Africa and is the African country most vulnerable to tropical cyclones. This thesis project aims at per- forming a comprehensive damage analysis, making use of two case studies that recently hit Mozambique: cyclones Idai and Kenneth, which are among the strongest cyclones ever to hit the southern hemisphere, causing substantial loss of lives, massive floods, and ecosystems damage. The analysis carried out consists of four steps: 1. Locating the man- grove forests in the study area through a mangrove binary classification, using a machine learning algorithm; 2. Analysing and quantifying the damage evolution over time and space; 3. Relating the damage to the intensity of the tropical cyclone winds; 4. Estimat- ing the economic loss due to the cyclones’ impact on the area. An interesting pattern of mangrove resistance to wind is revealed in one of the two cases, indicating a change in mangrove behavior above a certain wind exposure. The results suggest that while the short-term damage is concentrated around the cyclone landfall point, long-term damage can be inflicted over a wider area, involving also areas not affected by the highest wind speeds. This may be caused by the so-called "delayed damage", which is not present right after the cyclone and may be provoked by hydrological changes and vulnerability due to mangrove defoliation. Overall, the results presented in thesis represent an important first step towards developing new and more adequate mitigation strategies to achieve coastal resilience to tropical cyclones in Mozambique.

L’importanza delle mangrovie è riconosciuta in tutto il mondo, essendo queste fondamen- tali per il sostentamento di specie marine e terrestri, per la salvaguardia delle coste e per le comunità locali. Storicamente, l’eccessivo sfruttamento delle mangrovie e la de- forestazione sono stati i principali responsabili dei danni subiti da esse. Attualmente, i crescenti sforzi compiuti nelle politiche di protezione ecosistemica stanno mitigando questa minaccia, mentre la maggior frequenza di eventi climatici estremi sembra costituire il ris- chio maggiore. Tra questi eventi, il numero crescente di cicloni tropicali è il principale responsabile della morte di mangrovie. La comprensione delle dinamiche dei danni a lungo termine causati da questi fenomeni richiede analisi specifiche, che fin’ora sono state effettuate solo in alcune zone del mondo, quali i Caraibi e l’Australia. Purtroppo, la letteratura riguardo gli impatti dei cicloni tropicali nell’Africa sudorientale, e in parti- colare in Mozambico, è molto limitata. Nonostante ciò, questo paese vanta una delle più grandi foreste di mangrovie in Africa ed è il Paese africano più vulnerabile ai cicloni tropicali. Questo progetto di tesi si propone di effettuare un’analisi completa dei danni da cicloni tropicali, avvalendosi di due casi di studio che hanno recentemente colpito il Mozambico. I cicloni Idai e Kenneth, due tra i più forti mai riscontrati nell’emisfero meridionale, hanno causato migliaia di morti, inondazioni massicce e danni agli ecosis- temi. L’analisi condotta si articola in quattro fasi: 1. Localizzare le foreste di mangrovie nell’area di studio attraverso una classificazione binaria, utilizzando un algoritmo di ap- prendimento automatico; 2. Analizzare e quantificare l’evoluzione dei danni nel tempo e nello spazio; 3. Mettere in relazione i danni con l’intensità del vento dei cicloni; 4. Stimare le perdite economiche dovute all’impatto dei cicloni sull’area. In uno dei due casi è emerso un interessante comportamento delle mangrovie in quanto a resistenza al vento, che indica un massiccio incremento di danni subiti al di sopra di una certa soglia di esposizione al vento. I risultati suggeriscono che, mentre i danni a breve termine si con- centrano intorno al punto di approdo del ciclone sulla terraferma, i danni a lungo termine possono essere inflitti su un’area più ampia, coinvolgendo anche regioni non interessate dalle velocità del vento più elevate. Questo potrebbe essere causato dal cosiddetto “danno ritardato”, che non è rilevabile subito dopo il ciclone e può essere provocato da variazioni nel regime idrologico e da vulnerabilità dovute alla caduta delle foglie. Nel complesso, i risultati presentati nella tesi rappresentano un primo passo importante verso lo sviluppo di nuove e più adeguate strategie di mitigazione, che in futuro assicureranno alle man- grovie una maggiore resilienza ai cicloni tropicali, salvaguardando le coste del Mozambico.