aalto1 untyped-item.component.html
Compound drought types at global scale
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
55
Series
Abstract
Drought can be classified into meteorological, hydrological, and agricultural drought depending on the part of the hydrological cycle it affects. Compound droughts, where these drought types occur simultaneously, have a more substantial impact on ecological and socio-economic systems than individual drought type. Existing research about global-scale occurrence of multiple simultaneous drought types is limited. This master’s thesis aims to address this research gap by examining trends in compound droughts globally.
I analysed the global co-occurrence of meteorological, agricultural, and hydrological droughts from 1981 to 2020. These drought types were identified using standardized precipitation index, standardized streamflow index, and standardized soil moisture index, applying run theory to capture drought events. The used data was historical, simulated hydrological data, containing daily precipitation, streamflow, and soil moisture data. The analysis captures the characteristics of compound droughts, including duration, event frequency, and spatial distribution. Additionally, basic drought characteristics - duration, intensity, and severity - were examined for individually occurring drought type events. Analysis is limited to include only severe droughts.
The results indicate that compound droughts show distinct spatial patterns and durations, varying across different hydrological regions. Most compound drought events have a median duration ranging from one to three months. The equatorial hydrobelt experiences the highest frequency of compound droughts, with the longest median durations exceeding 100 days each decade. In contrast, hydrobelts such as ice and boreal experience the fewest compound droughts. Over recent decades, changes in compound drought characteristics have been observed, with the equatorial region consistently experiencing the most frequent and prolonged events. The findings suggest that compound droughts have become more widespread globally, with the most significant changes occurring in central Africa and northern South America. The number of events has doubled over the past 40 years in hydrobelts near the equator and in the southernmost regions. The changes over decades are also more prevalent for compound droughts considering only two drought types. The results can help mitigate the impacts of compound droughts by identifying frequency and duration, and preparing for, for example, agricultural irrigation challenges when hydrological drought co-occurs with other drought types.
Kuivuus voidaan luokitella meteorologiseksi, hydrologiseksi ja maataloudelliseksi kuivuudeksi sen mukaan, missä osassa hydrologista kiertoa se vaikuttaa. Samaan aikaan samalla alueella esiintyvät eri kuivuustyypit vaikuttavat ekosysteemeihin ja sosioekonomisiin järjestelmiin huomattavasti voimakkaammin kuin yksittäin esiintyvä kuivuustyyppi. Aiempi samanaikaisiin kuivuuksiin liittyvä tutkimus keskittyy pääasiassa kahden kuivuustyypin samanaikaiseen esiintymiseen tai pienempiin alueisiin, ja globaalia tutkimusta aiheesta on vähän. Tämä diplomityö pyrkii tuottamaan lisää tutkimustietoa kuivuustyyppien samanaikaisuudesta globaalilla tasolla ja osaltaan paikkaamaan aiheeseen liittyvää tutkimusaukkoa.
Tässä työssä analysoin meteorologisen, hydrologisen ja maataloudellisen kuivuuden samanaikaisuutta globaalisti vuosina 1981–2020. Tarkastelussa käytettiin sadantaan, virtaamaan ja maankosteuteen perustuvia standardisoituja indeksejä, joiden avulla kuivuustapahtumat määritettiin. Indeksien laskemiseen käytetty data oli simuloitua, päivittäistä sadanta-, virtaama- ja maankosteusdataa. Analyysi kattaa samanaikaisten kuivuustapahtumien keston, lukumäärän sekä alueellisen jakautumisen hydrologisten vyöhykkeiden välillä. Lisäksi analyysissä käydään läpi yksittäin esiintyvien kuivuustyyppien ominaisuudet kuten kesto, intensiivisyys ja vakavuus. Analyysi rajautui käsittelemään vain vakavia kuivuuksia.
Tulokset osoittavat, että samanaikaisten kuivuustapahtumien lukumäärä ja kestot vaihtelevat hydrologisten vyöhykkeiden mukaan. Mediaanikesto vaihtelee tavallisesti yhdestä kolmeen kuukauteen. Päiväntasaajan hydrologisella vyöhykkeellä esiintyy eniten samanaikaisia kuivuuksia, joiden mediaanikesto ylittää 100 päivää jokaisella vuosikymmenellä. Toisaalta näitä kuivuuksia esiintyy vähiten pohjoisilla hydrologisilla vyöhykkeillä. Tulokset kertovat, että viime vuosikymmeninä samanaikaisten kuivuuksien ominaisuuksissa on havaittu muutoksia, erityisesti päiväntasaajan alueella, jossa niitä esiintyy yhä useammin ja pidempikestoisempina. Samanaikaiset kuivuudet ovat yleistyneet maailmanlaajuisesti, ja merkittävimmät muutokset ovat tapahtuneet Keski-Afrikassa ja Etelä-Amerikan pohjoisosissa. Muutokset ovat myös laajempia ja selkeämpiä kahden eri kuivuustyypin yhdistelmissä. Tulokset voivat auttaa lieventämään kuivuusvaikutuksia, kun kuivuuden toistuvuus ja kesto tunnistetaan, sekä varaudutaan maatalouden kasteluongelmiin hydrologisen kuivuuden esiintyessä samaan aikaan muiden kuivuuksien kanssa.