Remote-sensing Monitoring of Multidecadal Coastal Evolution Along a Developed Barrier System: Topsail Island, NC (USA)

Topsail Island, located off the eastern coast of North Carolina in the United States, is a dynamic barrier island that has undergone significant changes over the decades. It forms part of the Outer Banks system and extends approximately 41 km in length and 300 m in average width. The island is topographically flat and comprises three towns: North Topsail Beach, Surf City, and South Topsail Beach. Topsail Island is highly developed, and has been since the 1960s, inundated with homes that sit close to the shoreline. As developments continue, the risks persist, not just for the Island but also for the locals who call Topsail home. Topsail is highly susceptible to erosion and morphological change during extreme weather events due to low dunes and limited vegetation, which offers little natural protection. Its shoreline is in constant flux, shaped both by natural processes and by human activity. The three towns along Topsail Island are constantly threatened by coastal hazards that typically affect barrier islands, such as storms, overwash, inlet migration, and retrogradation. Growing tourism and coastal development increase the island’s vulnerability, as interventions—whether beneficial or detrimental—can directly affect shoreline stability and exacerbate erosion risks, with consequences for both the environment and local communities. This study aims to monitor the long-term evolution of Topsail Island using remote sensing imagery spanning multiple decades. Historical imagery from Google Earth Pro and orthoimagery from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) database will be analyzed to track shoreline position changes over time. Shoreline evolution and associated rates of progradation and retreat will be quantified using the Digital Shoreline Analysis System (DSAS) developed by the U.S. Geological Survey. These rates will then be compared with available records of storm events, variations in eustatic mean sea level, and documented beach nourishment interventions. Results will also be contrasted with shoreline change patterns observed at the nearby, undeveloped Lea-Hutaff Island, located immediately south of Topsail, providing insights into the role of human intervention in shaping the island’s trajectory. Ultimately, this analysis highlights broader implications for the resilience of barrier islands under ongoing climate change.

Topsail Island, situata al largo della costa orientale della Carolina del Nord, negli Stati Uniti, è un'isola barriera dinamica che ha subito cambiamenti significativi nel corso dei decenni. Fa parte del sistema delle Outer Banks e si estende per circa 41 km di lunghezza e 300 m di larghezza media. L'isola è topograficamente pianeggiante e comprende tre città: North Topsail Beach, Surf City e South Topsail Beach. L'isola di Topsail è altamente sviluppata e, dagli anni '60, è inondata di case che sorgono vicino alla costa. Con il proseguire dello sviluppo, i rischi persistono, non solo per l'isola, ma anche per gli abitanti che la considerano la loro casa. Topsail è altamente suscettibile all'erosione e ai cambiamenti morfologici durante eventi meteorologici estremi a causa delle basse dune e della vegetazione limitata, che offrono scarsa protezione naturale. La sua costa è in continuo mutamento, modellata sia da processi naturali che dall'attività umana. Le tre città lungo l'isola di Topsail sono costantemente minacciate dai pericoli costieri che tipicamente colpiscono le isole barriera, come tempeste, inondazioni, migrazione delle correnti e retrogradazione. Il crescente turismo e lo sviluppo costiero aumentano la vulnerabilità dell'isola, poiché gli interventi, siano essi benefici o dannosi, possono influire direttamente sulla stabilità della linea di costa e aggravare i rischi di erosione, con conseguenze sia per l'ambiente che per le comunità locali. Questo studio mira a monitorare l'evoluzione a lungo termine di Topsail Island utilizzando immagini di telerilevamento che coprono diversi decenni. Le immagini storiche di Google Earth Pro e le ortoimmagini del database della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) saranno analizzate per tracciare i cambiamenti nella posizione della linea di costa nel tempo. L'evoluzione della linea di costa e i relativi tassi di progradazione e arretramento saranno quantificati utilizzando il Digital Shoreline Analysis System (DSAS) sviluppato dall'U.S. Geological Survey. Questi tassi saranno poi confrontati con i dati disponibili sugli eventi di tempesta, sulle variazioni del livello medio eustatico del mare e sugli interventi documentati di ripascimento delle spiagge. I risultati saranno inoltre confrontati con i modelli di cambiamento della linea di costa osservati nella vicina isola non edificata di Lea-Hutaff, situata immediatamente a sud di Topsail, fornendo informazioni sul ruolo dell'intervento umano nel modellare la traiettoria dell'isola. In definitiva, questa analisi evidenzia implicazioni più ampie per la resilienza delle isole barriera in un contesto di cambiamenti climatici in corso.