Spatiotemporal drought analysis and climate change impact on hydrometeorological variables for the island of Crete

Abstract

The Mediterranean climate has been the focus of intense research on climate related issues.Climate change is expected to increase the risk of high drought frequency and duration. TheMediterranean region has been characterized as one of the main climate change “Hot-Spots”while it is quite vulnerable to its effects. The increasing frequency of extreme drought eventsin comparison to the past conditions constitutes one of the biggest concerns. The present PhDthesis focuses on the study of drought phenomena on the island of Crete. At first, combinedmethodology helped investigating the influence of elevation and longitude on precipitationdistribution, offering valuable information about the linkage between these geographicalfactors and droughts. This connection provides an important clue for the respective spatialdrought pattern, which is produced with the aid of the Spatially Normalized StandardizedPrecipitation Index (SN-SPI) for the period 1974–2005. Further analysis with the use of threeGlobal Climate Models (GCMs) output (precipitation and temperature) and results fromhydrological model IHMS-HBV for drought assessment at a basin scale was carried out. Theproduced hydrological variables (flow, soil moisture and lower groundwater reservoirvolume) were used for the hydrological regime assessment, drought identification andprojection till 2100 from two emission scenarios aspects. In addition, drought assessment andprojection for the island of Crete was performed with the aid of thirteen GCMs output(precipitation), using the new scenarios based on the Representative Concentration Pathways(RCPs) 2.6, 4.5 and 8.5. The above findings aim to an improved understanding of droughtmechanisms as well as to the future strategic planning for drought management.

Τα τελευταία χρόνια το μεσογειακό κλίμα αποτελεί το επίκεντρο εντατικής έρευνας σε θέματα που σχετίζονται με το κλίμα. Η κλιματική αλλαγή αναμένεται να αυξήσει τον κίνδυνο της υψηλής συχνότητας και διάρκειας ξηρασιών. Η περιοχή της Μεσογείου έχει χαρακτηριστεί μια από τις κύριες «εστίες» της κλιματικής αλλαγής, ενώ είναι αρκετά ευάλωτη στις επιπτώσεις της. Η αύξηση της συχνότητας των ακραίων φαινομένων ξηρασίας σε σύγκριση με τις παρελθοντικές συνθήκες αποτελεί μία από τις μεγαλύτερες ανησυχίες. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στη μελέτη φαινομένων ξηρασίας στο νησί της Κρήτης. Αρχικά, συνδυασμένη μεθοδολογία οδήγησε στην έρευνα της επίδρασης του υψομέτρου και του γεωγραφικού μήκους στην κατανομή της βροχόπτωσης, προσφέροντας πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τη συσχέτιση μεταξύ αυτών των παραγόντων και της ξηρασίας. Αυτή η συσχέτιση παρέχει μια σημαντική ένδειξη για το αντίστοιχο χωρικό πρότυπο της ξηρασίας, το οποίο παράγεται με τη βοήθεια του Χωρικά Κανονικοποιημένου - Τυποποιημένου Δείκτη Βροχόπτωσης (SN-SPI) για την περίοδο 1974-2005. Περαιτέρω ανάλυση διεξήχθη με τη χρήση των αποτελεσμάτων τριών παγκόσμιων κλιματικών μοντέλων (GCMs) (βροχόπτωση και θερμοκρασία) και του υδρολογικού μοντέλου IHMS-HBV για την αξιολόγηση της ξηρασίας σε επίπεδο λεκάνης απορροής. Οι παραγόμενες υδρολογικές παράμετροι (απορροή, εδαφική υγρασία και όγκος υπογείων υδάτων) χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση του υδρολογικού καθεστώτος, του εντοπισμού της ξηρασίας και μελλοντικών προβλέψεων μέχρι το 2100 βάσει δύο κλιματικών σεναρίων. Επιπλέον, η εκτίμηση της ξηρασίας και της πρόβλεψής της για το νησί της Κρήτης πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια των αποτελεσμάτων δεκατριών GCMs (βροχόπτωση), χρησιμοποιώντας τρία νέα κλιματικά σενάρια (RCPs) 2.6, 4.5 και 8.5. Τα αποτελέσματα της μελέτης στοχεύουν στην καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν τις ξηρασίες και στον μελλοντικό σχεδιασμό στρατηγικής για τη διαχείριση της ξηρασίας.