Regionalization of droughts from the SPI in the Segura hydrographic basin and Commonwealth of Taibilla Channels (Southeast of Spain)
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Abstract
Based on a total of 92 monthly rainfall series from the database of the State Meteorological Agency (AEMET), an exhaustive analysis of droughts has been carried out within the spatial framework of the Segura Hydrographic Basin (DHS) and the Commonwealth of Taibilla Channels (MCT), bodies responsible for planning water resources and the supply of drinking water, respectively, for a large part of south-eastern Spain. The main objective of this study is the regionalization of the temporal patterns of drought from the Standardized Precipitation Index (SPI), with a 12-month scale (SPI12), to evaluate the hydrological droughts. The selected period is 1968–2017. The regionalization has been carried out from the Principal Component Analysis (PCA), through which 4 homogeneous regions have been obtained. From these regions, the percentage of area affected by droughts of different severity and the frequency of occurrence of droughts (based on the Kernel Ocurrence Rate Estimation-KORE method) have been identified. An increase in the frequency of occurrence of droughts and in the area affected by them is observed in practically all regions, which entails important territorial, social and economic repercussions in a semi-arid territorial environment that presents a significant water deficit.
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References
Abdi, H., & Williams, L. J. (2010). Principal component analysis. Wiley interdisciplinary reviews: computational statistics, 2(4), 433-459.
Agnew, C.T. (2000). Using the SPI to identify drought. Drought Network News, 12, 6-12.
Álvarez Rodríguez, J. (2004). Regionalización y caracterización de sequías en Europa. Revista Digital del Cedex, (137), 143. Retrieved from http://ingenieriacivil.cedex.es/index.php/ingenieria-civil/article/view/2161
Aparicio Florido, J. A. (2007). El riesgo de sequía y su inclusión en los planes de protección civil. Boletín de la Asociación Geógrafos Españoles, (44), 95-116. Retrieved from https://bage.age-geografia.es/ojs//index.php/bage/article/view/611
Bartolomeu, S., Carvalho, M. J., Marta-Almeida, M., Melo-Gonçalves, P., & Rocha, A. (2016). Recent trends of extreme precipitation indices in the Iberian Peninsula using observations and WRF model results. Physics and Chemistry of the Earth, (94), 10-21. https://doi.org/10.1016/j.CPe.2016
Benhamrouche, A., & Martín-Vide, J. (2011). Distribución espacial de la concentración diaria de la precipitación en la provincia de Alicante. Investigaciones Geográficas, (56), 113-129. https://doi.org/10.14198/ingeo2011.56.06
Camarillo Naranjo, J. M. (2012). Diseño, metodología y modelo de datos para el cálculo, seguimiento y predicción del índice estandarizado de sequía pluviométrica en Andalucía (Doctoral dissertation, Universidad de Sevilla, Spain). Retrieved from https://idus.us.es/handle/11441/24224
Capel Molina, J.J. (1983). Distribución de la lluvia en el sureste español. Periodo 1951-1989. Boletín del Instituto de Estudios Almerienses, 3, 27-36.
Castells, F., Laguna, P., Sörnmo, L., Bollmann, A., & Roig, J. M. (2007). Principal component analysis in ECG signal processing. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, 2007(1), 074580. https://doi.org/10.1155/2007/74580
Charre, J. (1977). A propos de sécheresse. Revue de Géographie de Lyon, 52(2), 215-226. https://doi.org/10.3406/geoca.1977.1204
CHS (2018). Revisión del Plan Especial de Sequía de la Demarcación Hidrográfica del Segura. Confederación Hidrográfica del Segura, Ministerio para la Transición Ecológica.
Conesa García, C. (2006): Las formas del relieve. En C. Conesa (Ed.), El medio físico de la Región de Murcia (pp. 47-94). Murcia: Servicios de Publicaciones de la Universidad de Murcia.
Conesa García, C., & Alonso Sarría, F. (2006). El clima de la Región de Murcia. In C. Conesa, (Ed.), El medio físico de la Región de Murcia (pp. 95-128). Murcia: Servicios de Publicaciones de la Universidad de Murcia.
De Luis, M., González-Hidalgo, J. C., Longares, L. A., & Stepánek, P. (2009). Seasonal precipitation trends in the Mediterranean Iberian Peninsula in second half of 20th century. International Journal of Climatology, (29), 1312-1323. https://doi.org/10.1002/joc.1778
Del Moral, L., Hernández-Mora, N., De Stefano, L., Paneque, P., Vargas, J., Brufao, P., Olcina-Cantos, J., & Martínez-Fernández, J. (2017). Acerca del Real Decreto Ley 10/2017, de 9 de junio, por el que se adoptan medidas urgentes para paliar los efectos producidos por la sequía en determinadas cuencas hidrográficas y se modifica el texto refundido de la Ley de Aguas, aprobado por el Real Decreto Legislativo 1/2001, de 20 de julio. Fundación Cultura del Agua.
Diggle, P. (1985). A kernel method for smoothing point process data. Journal of the Royal Statistical Society: Series C (Applied Statistics), 34(2), 138-147.
Dillan, W., & Goldstein, M. (1986). Multivariate Analysis: Method and Applications (pp. 85-87). In Technometrics, (28). https://doi.org/10.1080/00401706.1986.10488103
Domínguez‐Castro, F., Vicente‐Serrano, S. M., Tomás‐Burguera, M., Peña‐Gallardo, M., Beguería, S., El Kenawy, A., Luna, Y., & Morata, A. (2019). High spatial resolution climatology of drought events for Spain: 1961–2014. International Journal of Climatology, 39(13), 5046-5062. https://doi.org/10.1002/joc.6126
Espinosa, L.A., Portela, M.M., & Rodrigues, R. (2019). Spatio-temporal variability of droughts over past 80 years in Madeira Island. Journal of Hydorology: Regional Studies, 25, 100623. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2019.100623
Fleig, A. K., Tallaksen, L. M., Hisdal, H., & Demuth, S. (2006). A global evaluation of streamflow drought characteristics. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 10(4), 535-552. Retrieved from www.hydrol-earth-syst-sci.net/10/535/2006/
Font Tullot, I. (1988). La singularidad persistencia de situaciones anticiclónicas sobre la península ibérica durante el cuatrimestre noviembre 1988-febrero 1989. Paralelo, 37(11), 75-84.
Ford, T. W., McRoberts, D. B., Quiring, S. M., & Hall, R. E. (2015). On the utility of in situ soil moisture observations for flash drought early warning in Oklahoma, USA. Geophysical Research Letters, 42(22), 9790-9798. https://doi.org/10.1002/2015GL066600
Gallego, M.C., García, J.A, & Vaquero, J.M. (2005): The NAO signal in daily rainfall series over the Iberian Peninsula. Climate Research, 29(2), 103-109.
García-Galiano, S.G., Baille, A., González, M.M., Martínez, V., Urrea, M., Hernández, Z., Nortes, P., & Tanguy, M. (2007). Desarrollo y aplicación de indicadores de alerta temprana frente a sequías a escala regional desde MODIS. In Teledetección: Hacía un entendimiento de la dinámica global y regional (pp. 223-229). XII Congreso de la Asociación Española de Teledetección
García-Marín, R. (2008). Riesgo de sequía y vulnerabilidad socioeconómica en la Cuenca del Guadalentín (Doctoral dissertation, Universidad de Murcia, Spain). Retrieved from https://digitum.um.es/digitum/handle/10201/3566
Garrido-Abenza, R., Palenzuela-Cruz, J. E., & Bañon-Pelegrín, L. M. (2014). Atlas climático de la Región de Murcia. Agencia Estatal de Meteorología.
Gallego, M. C., Trigo, R. M., Vaquero, J. M., Brunet, M., García, J. A., Sigró, J., & Valente, M. A. (2011). Trends in frequency indices of daily precipitation over the Iberian Peninsula during the last century. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 116(2). https://doi.org/10.1029/2010JD014255
Gil Olcina, A. (2007). Mediterraneidad y subtropicalidad climáticas. Boletín de la Asociación de Geógrafos Españoles, (44), 53-68. Retrieved from https://bage.age-geografia.es/ojs/index.php/bage/article/view/609
González-Hidalgo, J. C., Brunetti, M., & de Luis, M. (2011). A new tool for monthly precipitation analysis in Spain: MOPREDAS database (monthly precipitation trends December 1945-November 2005). International Journal of Climatology, 31(5), 715-731. https://doi.org/10.1002/joc.2115
González-Hidalgo, J. C., Vicente-Serrano, S. M., Peña-Angulo, D., Salinas, C., Tomas-Burguera, M., & Beguería, S. (2018). High-resolution spatio-temporal analyses of drought episodes in the western Mediterranean basin (Spanish mainland, Iberian Peninsula). Acta Geophysica, 66(3), 381-392. https://doi.org/10.1007/s11600-018-0138-x
Hair, J. F., Black, W. C., Babin, B. J., Anderson, R. E., & Tatham, R. L. (1998). Multivariate data analysis, vol. 5, Prentice Hall.
He, Y., Ye, J., & Yang, X. (2015). Analysis of the spatio-temporal patterns of dry and wet conditions in the Huai River Basin using the standardized precipitation index. Atmospheric Research, 166, 120-128. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2015.06.022
Lehner, B., Döll, P., Alcamo, J., Henrichs, T., & Kaspar, F. (2006). Estimating the impact of global change on flood and drought risks in Europe: a continental, integrated analysis. Climatic Change, 75(3), 273-299. https://doi.org/10.1007/s10584-006-6338-4
López‐Moreno, J. I., Vicente‐Serrano, S. M., Beguería, S., García‐Ruiz, J. M., Portela, M. M., & Almeida, A. B. (2009). Dam effects on droughts magnitude and duration in a transboundary basin: The Lower River Tagus, Spain and Portugal. Water Resources Research, 45(2). https://doi.org/10.1029/2008WR007198
Marcos Valiente, O. (2001). Sequía: definiciones, tipologías y métodos de cuantificación. Investigaciones Geográficas, (26), 59-80. https://doi.org/10.14198/ingeo2001.26.06
Martin-Vide, J. (2004). Spatial distribution of a daily precipitation concentration index in peninsular Spain. International Journal of Climatology, 24(8), 959-971. https://doi.org/10.1002/joc.1030
McKee, T. B., Doesken, N. J., & Kleist, J. (1993). The relationship of drought frequency and duration to time scales. In Proceedings of the 8th Conference on Applied Climatology, 17(22), 179-183.
Miró, J. J., Estrela, M. J., Caselles, V., & Gómez, I. (2018). Spatial and temporal rainfall changes in the Júcar and Segura basins (1955-2016): Fine-scale trends. International Journal of Climatology, 38(13), 4699-4722. https://doi.org/10.1002/joc.5689
Mishra, A. K., & Singh, V. P. (2011). Drought modeling - A review. Journal of Hydrology, 403, 157-175. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2011.03.049
Morales-Gil, A., Olcina-Cantos, J., & Rico-Amorós, A. M. (1999). Diferentes perceCPiones de la sequía en España: adaptación, catastrofismo e intentos de corrección. Investigaciones Geográficas, (23), 5-46. https://doi.org/10.14198/ingeo2000.23.06
Morote Seguido, A. F., & Rico Amorós, A. M. (2018). Perspectivas de funcionamiento del trasvase Tajo-Segura (España): efectos de las nuevas reglas de explotación e impulso de la desalinización como recurso sustitutivo. Boletín de la Asociación de Geógrafos Españoles, 79, 2754, 1-43. http://dx.doi.org/10.21138/bage.2754
Morote-Seguido, A.F. (2019). Galicia, ¿Territorio adaptado a la sequía? Cuadernos Geográficos, 58(2), 6-33. https://doi.org/10.30827/CUADGEO.V58I2.7627
Mudelsee, M. (2011). The bootstrap in climate risk analysis. In Extremis: Disruptive Events and Trends in Climate and Hydrology (pp. 44–58). https://doi.org/10.1007/978-3-642-14863-7_2
Mudelsee, M., Bö Rngen, M., Tetzlaff, G., & Grü Newald, U. (2003). No upward trends in the occurrence of extreme floods in central Europe. Nature, 425(6954), 166-169. https://doi.org/10.1038/nature01928
Noguera, I., Domínguez‐Castro, F., & Vicente‐Serrano, S. M. (2020). Characteristics and trends of flash droughts in Spain, 1961–2018. Annals of the New York Academy of Sciences, 1472(1), 155-172. https://doi.org/10.1111/nyas.14365
Olcina Cantos, J. (2001a). Situaciones atmosféricas y tipos de tiempo. In J. Martín Vide & J. Olcina Cantos (Eds.), Clima y tiempos en España (pp. 81-102). Madrid: Alianza editorial.
Olcina-Cantos, J. (2001b). Tipologías de sequía en España. Ería: Revista cuatrimestral de geografía, 56, 201-207. Retrieved from http://rua.ua.es/dspace/handle/10045/23004
Olcina-Cantos, J. (2006). ¿Riesgos naturales? I. Sequías e inundaciones. Barcelona: Davinci Continental.
Palmer, W.C. (1965). Meteorological drought (Reseach Paper, 45). Washington DC: US Department of Commerce Weather Bureau.
Pellicer Martínez, F., & Martínez Paz, J. M. (2018). Climate change effects on the hydrology of the headwaters of the Tagus River: Implications for the management of the Tagus-Segura transfer. Hydrology and Earth System Sciences, 22(12), 6473-6491. https://doi.org/10.5194/hess-22-6473-2018
Peña-Gallardo, M., Gámiz-Fortis, S., Castro-Díez, Y., & Esteban-Parra, M. (2016). Análisis comparativo de índices de sequía en Andalucía para el período 1901-2012. Cuadernos de Investigación Geográfica, 42(1), 67-88. https://doi.org/10.18172/cig.2946
Pita-López, M.F. (1989). La sequía como desastre natural. Su incidencia en el ámbito español. Norba: revista de geografía, 6,31-62.
Pita López, M. F. (2000). Un nouvel índice pour les domaines mediterranéens. Application au bassin du Guadalquivir (sud-ouest de lEspagne). Publications de lAssociation Internationale de Climatologie, 225-233.
Portela, M. M., Zeleňáková, M., Santos, J. F., Purcz, P., Silva, A. T., & Hlavatá, H. (2015). A comprehensive drought analysis in Slovakia using SPI. European Water, 51, 15-31. Retrieved from https://www.ewra.net/ew/pdf/EW_2015_51_02.pdf
Poquet, D., Belda, F., & García-Haro, F. J. (2008). Seguimiento y regionalización de la sequía en la Península Ibérica mediante SPI y técnicas de teledetección. In Tecnologías de la Información Geográfica para el Desarrollo Territorial (pp. 707-713). Las Palmas de Gran Canaria: Servicio de Publicaciones y Difusión Científica de la ULPGC.
Pontes Filho, J. D., Portela, M. M., Marinho de Carvalho Studart, T., & Souza Filho, F. de A. (2019). A Continuous Drought Probability Monitoring System, CDPMS, Based on Copulas. Water, 11(9), 1925. https://doi.org/10.3390/w11091925
Rajczak, J., Pall, P., & Schär, C. (2013). Projections of extreme precipitation events in regional climate simulations for Europe and the Alpine Region. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 118(9), 3610-3626. https://doi.org/10.1002/jgrd.50297
Raziei, T., Martins, D. S., Bordi, I., Santos, J. F., Portela, M. M., Pereira, L. S., & Sutera, A. (2015). SPI Modes of Drought Spatial and Temporal Variability in Portugal: Comparing Observations, PT02 and GCPC Gridded Datasets. Water Resources Management, 29(2), 487-504. https://doi.org/10.1007/s11269-014-0690-3
Ríos Cornejo, D., Penas Merino, Á., & del Río González, S. (2013). Comparative analysis of precipitation trends in continental Spain over the period 1961-2010. International Journal of Geobotanical Research, 3(1), 1–18. https://doi.org/10.5616/ijgr130001
Richman, M. B. (1986). Rotation of principal components. Journal of climatology, 6(3), 293-335.
Rodrigo, F. S., & Trigo, R. M. (2007). Trends in daily rainfall in the Iberian Peninsula from 1951 to 2002. International Journal of Climatology, 27(4), 513-529. https://doi.org/10.1002/joc.1409
Santos, J. F., Pulido-Calvo, I., & Portela, M. M. (2010). Spatial and temporal variability of droughts in Portugal. Water Resources Research, 46(3). https://doi.org/10.1029/2009WR008071
Serrano Pérez, A., Mateos, V.L., & García, J. A. (1999). Trend analysis of monthly precipitation over the iberian peninsula for the period 1921-1995. Physic and Chemistry of the Earth Part, 24(1-2), 85-90. https://doi.org/10.1016/S1464-1909 (98) 00016-1
Serrano Notivoli, R. (2017). Reconstrucción climática instrumental de la precipitación diaria en España: ensayo metodológico y aplicaciones (Doctoral dissertation, Universidad de Zaragoza, Spain).
Serrano-Notivoli, R., De Luis, M., & Beguería, S. (2017). An R package for daily precipitation climate series reconstruction. Enviromental Modelling & Sofware, 89, 190-195. http://dx.doi.org/10.1016/j.envsoft.2016.11.005
Serrano-Notivoli, R., Martín-Vide, J., Saz, M. A., Longares, L. A., Beguería, S., Sarricolea, P., Meseguer, O., & de Luis, M. (2018a). Spatio-temporal variability of daily precipitation concentration in Spain based on a high-resolution gridded data set. International Journal of Climatology, 38, 518-530. https://doi.org/10.1002/joc.5387
Serrano-Notivoli, R., Beguería, S., Saz, M. Á., & de Luis, M. (2018b). Recent trends reveal decreasing intensity of daily precipitation in Spain. International Journal of Climatology, 38(11), 4211-4224. https://doi.org/10.1002/joc.5562
Silva, A. T., Portela, M. M., & Naghettini, M. (2012). Hydrology and Earth System Sciences Nonstationarities in the occurrence rates of flood events in Portuguese watersheds. Hydrology and Earth System Sciences, 16, 241-254. https://doi.org/10.5194/hess-16-241-2012
Silverman, B.W. (1986). Density Estimation for Statistics and Data Analysis. Vol 26, CRC Press.
Sousa, P. M., Trigo, R. M., Aizpurua, P., Nieto R., Gimeno L., & Garcia-Herrera, R. (2011). Trends and extremes of drought indices throughout the 20th century in the Mediterranean. Natural Hazards Earth System Sciences, 11, 11-33. http://dx.doi.org/10.5194/nhess-11-33-2011
Spinoni, J., Naumann, G., Vogt, J. V., & Barbosa, P. (2015): The biggest drought events in Europe from 1950 to 2012. Journal of Hydrology: Regional Studies, 3, 509-524. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2015.01.001
Spinoni, J., Vogt, J. V., Naumann, G., Barbosa, P., & Dosio, A. (2018). Will drought events become more frequent and severe in Europe? International Journal of Climatology, 38(4), 1718-1736. https://doi.org/10.1002/joc.5291
Stagge, J. L., Tallaksen, L., & Rizzi, J. (2015). Future meteorological drought: projections of regional climate models for Europe. In EGU General Assembly 2015. Viena, April 12-17. Retrieved from https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2015EGUGA..17.7749S/abstract
Szalai, S., & Szinell, C. (2000). Comparison of Two Drought Indices for Drought Monitoring in Hungary — A Case Study. In J. Vogt & F. Somma (Eds.), Drought and drought mitigation in Europe (pp. 161-166). Dordrecht: Kluver Academic Publishers. https://doi.org/10.1007/978-94-015-9472-1_12
Tallaksen, L. M., & Lanen, H. A. J. van. (2004). Hydrological drought: processes and estimation methods for streamflow and groundwater. Amsterdam: Elsevier Science Limited.
Thiessen, A. H. (1911). Precipitation averages for large areas. Monthly weather review, 39(7), 1082-1089.
Turco, M., Ceglar, A., Prodhomme, C., Soret, A., Toreti, A., & Doblas-Reyes F. J. (2017). Summer drought predictability over Europe: Empirical versus dynamical forecasts. Environmental Research Letters, 12(8). https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa7859 .
Vargas, J., & Paneque, P. (2019). Challenges for the integration of water resource and drought risk management in Spain. Sustainability, 11(2), 308. https://doi.org/10.3390/su11020308
Vázquez López, L. A. (1999): Variabilidad interanual de la circulación atmosférica y escasez de precipitaciones en la península ibérica durante el invierno. In J. M. Raso Nadal & J. Martín Vide (Eds.), La climatología española en los albores del siglo XXI (pp. 557-562). Barcelona: Asociación Española de Climatología.
Vicente Serrano, S.M., González-Hidalgo, J.C, De Luis, M., & Reventós, J. (2004). Drought patterns in the Mediterranean area: The Valencia region (eastern Spain). Climate Research, 26, 5-15. https://doi.org/10.3354/cr026005
Vicente Serrano, S.M., Beguería Portugués, S., & López Moreno, J.I. (2010). A multiscalar drought index sensitive to global warming: the standardized precipitation evapotranspiration index. Journal of climate, 23(7), 1696-1718. https://doi.org/10.1175/2009JCLI2909.1
Vicente-Serrano, S. M., Beguería, S., Lorenzo- Lacruz, J., Camarero, J. J., López-Moreno, J. I., Azorín Molina, C., Revuelto, J., Morán Tejeda, E., & Sánchez-Lorenzo, A. (2012). Análisis comparativo de diferentes índices de sequía para aplicaciones ecológicas, agrícolas e hidrológicas. In Cambio Climático: extremos e impactos (pp. 679-689). Salamanca: Actas del VIII Congreso Internacional de la Asociación Española de Climatología.
Vicente-Serrano, S. M., Tomas-Burguera, M., Beguería, S., Reig, F., Latorre, B., Peña-Gallardo, M. Luna, Y., Morata, A., & González-Hidalgo, J. C. (2017). A High-Resolution Dataset of Drought Indices for Spain. Data, 2(3), 22. https://doi.org/10.3390/data2030022
Wilhite, D.A., & Glantz, M. H. (1985). Understanding the drought phenomenon: the role of definitions. Water International, 10, 111-120.