Drought in Water Abundant Finland - Data and Tools for Drought Management

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2024-03-08
Date
2024
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
61 + app. 111
Series
Aalto University publication series DOCTORAL THESES, 34/2024
Abstract
Droughts pose a risk to all societies, even those with abundant water resources. Climate change will affect this risk, and societies should adapt accordingly. Though Finland has a low drought risk, recent droughts have had a clear impact, especially on agriculture and water supply, but also forestry, hydropower, and ecosystems. While Finland's water governance and water security are generally at a good level, drought has so far gained little attention and operative drought management plans and strategies are absent. This dissertation studies drought risks in Finland and provides recommendations on how to improve drought management. Drought risk can generally be understood as a combination of three factors: vulnerability, exposure, and hazard. Several drought indices, models, and weather data generation are used in the dissertation to better understand drought hazard and to quantify drought frequency, severity, and other characteristics of drought events in Finland. The dissertation also considers how drought hazard might change due to climate change. The results are discussed in relation to different sectors and within the broader water governance context in Finland. The results from the drought index analyses provide detailed information on drought characteristics in Finland. The findings show that choosing the best drought indices for different contexts is difficult, emphasizing the need to use several indices. For the Sirppujoki basin case study (a river basin in southwestern Finland), 2o different standardized drought indices were calculated for two drought events of 2002–2003 and 2018 as well as for the years 2040–2069. In addition, weather data generation coupled with hydrological modeling was tested for the basin. This dissertation reveals that drought risks will likely increase due to climate change, predominantly in the south and southwest Finland. Based on evapo-transpiration-dependent indices, drought events are predicted to increase especially during the growing season. This is particularly worrying for the agricultural sector, since only a few percent of fields have irrigation systems. However, the climate scenarios have a large variation, emphasizing the need for more research as well as flexible climate change adaptation. To address the growing drought risk in Finland, adaptation measures against drought impacts are suggested. A national drought strategy, together with bot-tom-up drought management plans, would mitigate the increasing drought risks. These should be accompanied with a systematic drought management process with an early warning system.

Kuivakaudet aiheuttavat riskejä kaikille maille, myös niille, joilla on runsaat vesivarat. Ilmastonmuutos vaikuttaa tähän riskiin ja yhteiskuntien tulisi siksi sopeutua muutokseen. Vaikka Suomessa kuivuuden riski on pieni, viimeaikaisilla kuivakausilla on ollut merkittävät vaikutukset erityisesti maatalouteen ja vesihuoltoon, mutta myös metsätalouteen, vesivoimaan ja ekosysteemeihin. Vaikka Suomessa vesivarojen hallinta ja vesiturvallisuus ovat yleisesti ottaen hyvällä tasolla, kuivuuteen ei ole toistaiseksi kiinnitetty syvemmin huomiota eikä operatiivisia kuivuuden hallintasuunnitelmia tai -strategioita ole olemassa. Tämä väitöskirja tutkii kuivuuden aiheuttamia riskejä Suomessa ja tarjoaa suosituksia kuivuuden hallinnan parantamiseksi. Kuivuuden riski voidaan yleisesti ymmärtää kolmen tekijän yhdistelmänä: haavoittuvuus, altistuminen ja vaaratekijä (eli varsinainen kuivakausi). Väitöskirjassa käytetään useita kuivuusindeksejä, mallinnusta ja säädatan generointia lisäämään ymmärrystä kuivuusvaarasta ja mittaamaan kuivuuden toistuvuutta, vakavuutta ja muita kuivakausien keskeisiä ominaisuuksia. Väitöskirja tarkastelee myös, miten kuivakaudet saattavat muuttua ilmastonmuutoksen myötä. Tuloksia käsitellään eri sektoreiden näkökulmasta ja ne liitetään laajempaan vesivarojen hallinnan kontekstiin Suomessa. Kuivuusindeksianalyysien tulokset esittelevät yksityiskohtaista tietoa kuivakausien ominaisuuksista Suomessa. Tulokset osoittavat, että eri alueille parhaiten sopivan kuivuusindeksin valitseminen on vaikeaa. Tämä korostaa useiden indeksien käytön tarvetta. Sirppujoen valuma-alueelle (Lounais-Suomessa sijaitseva tapaustutkimusvesistö) laskettiin 20 erilaista standardoitua kuivuusindeksiä kahdelle kuivakaudelle vuosilta 2002–2003 ja 2018 sekä vuosille 2040–2069. Lisäksi valuma-alueella testattiin säädatan generoimista yhdessä hydrologisen mallin kanssa. Väitöskirja osoittaa, että kuivuuden riskit todennäköisesti kasvavat ilmastonmuutoksen myötä, erityisesti Suomen etelä- ja lounaisosissa. Haihduntaan perustuvien indeksien perusteella kuivakaudet vaikuttavat lisääntyvän etenkin kasvukaudella. Tämä on erityisen huolestuttavaa maataloussektorille, sillä vain harvoilla pelloilla on kastelujärjestelmiä. Ilmastonmuutosskenaarioissa on kuitenkin suurta vaihtelua, korostaen tarvetta lisätutkimukselle sekä joustavalle ilmastonmuutokseen sopeutumiselle. Kasvavan kuivuusriskin hallitsemiseksi väitöskirjassa ehdotetaan sopeutumistoimia kuivuuden. vaikutuksien varalle. Kansallinen kuivuusstrategia yhdessä paikallisella tasolla laadittavien kuivuusriskien hallintasuunnitelmien kanssa hillitsisi kasvavia kuivuusriskejä. Näiden rinnalle tarvitaan myös systemaattinen kuivuusriskien hallinnan prosessi sekä ennakkovaroitusjärjestelmä kuivakausille.
Description
Supervising professor
Keskinen, Marko, Prof., Aalto University, Department of Built Environment, Finland
Thesis advisor
Veijalainen, Noora, Dr., Finnish Environment Institute, Finland
Professor Varis, Olli, Prof., Aalto University, Department of Built Environment, Finland
Keywords
water resources management, water governance, climate adaptation, drought indices, drought management, Finland, vesivarojen hallinta, sopeutuminen, kuivuusindikaattorit, kuivuusriskien hallinta, Suomi
Other note
Parts
  • [Publication 1]: Ahopelto, L., Veijalainen, N., Guillaume, J.H.A., Keskinen, M., Marttunen, M. and Varis, O. Can There be Water Scarcity with Abundance of Water? Analyzing Water Stress during a Severe Drought in Finland. Sustainability, 2019, 11, 1548.
    DOI: 10.3390/su11061548 View at publisher
  • [Publication 2]: Veijalainen, N., Ahopelto, L., Marttunen, M., Jääskeläinen, J., Britschgi, R., Orvomaa, M., Belinskij, A. and Keskinen, M. Severe Drought in Finland: Modeling Effects on Water Resources and Assessing Climate Change Impacts. Sustainability, 2019, 11, 2450.
    DOI: 10.3390/su11082450 View at publisher
  • [Publication 3]: Ahopelto, L., Kallio, M., Veijalainen, N., Kouki, R. and Keskinen, M. Drought hazard and annual precipitation predicted to increase in the Sirppujoki basin, Finland. Climate Services, 2023, 31, 100400.
    DOI: 10.1016/j.cliser.2023.100400 View at publisher
  • [Publication 4]: Ahopelto L., Sojamo S., Belinskij A., Soininen N. and Keskinen M. Water governance for water security: analysing institutional strengths and challenges in Finland, International Journal of Water Resources Development.
    DOI: 10.1080/07900627.2023.2266733 View at publisher
  • [Publication 5]: Blauhut, V., Stoelzle, M., Ahopelto, L., Brunner, M. I., Teutschbein, C., Wendt, D. E., Akstinas, V., Bakke, S. J., Barker, L. J., Bartošová, L., Briede, A., Cammalleri, C., Kalin, K. C., De Stefano, L., Fendeková, M., Finger, D. C., Huysmans, M., Ivanov, M., Jaagus, J., Jakubínský, J., Krakovska, S., Laaha, G., Lakatos, M., Manevski, K., Neumann Andersen, M., Nikolova, N., Osuch, M., van Oel, P., Radeva, K., Romanowicz, R. J., Toth, E., Trnka, M., Urošev, M., Urquijo Reguera, J., Sauquet, E., Stevkov, A., Tallaksen, L. M., Trofimova, I., Van Loon, A. F., van Vliet, M. T. H., Vidal, J.-P., Wanders, N., Werner, M., Willems, P., and Živković, N.: Lessons from the 2018–2019 European droughts: a collective need for unifying drought risk management, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 22, 2201–2217, 2022.
    DOI: 10.5194/nhess-22-2201-2022 View at publisher
Citation