SPATIO-‑TEMPORAL ¡ CHARACTERISTICS ¡ ¡OF ¡WET ¡AND ¡DROUGHT ¡EXTREMES ¡ OVER ¡TERRITORY ¡OF ¡RUSSIA ¡ reporter: ¡D. ¡Utkuzova ¡ Supervisor: ¡V. ¡Khan ¡ Hydrometcentre ¡of ¡Russia ¡
TASKS: ¡ • Test ¡of ¡the ¡SPI ¡index ¡and ¡its ¡usage ¡in ¡application ¡to ¡Russian ¡territory; ¡ ¡ • Production ¡of ¡the ¡statistical ¡analysis ¡of ¡SPI ¡index ¡for ¡learning ¡special ¡aspects ¡ ¡of ¡ spatio-‑temporal ¡ characteristics ¡ of ¡ wet ¡ and ¡ drought ¡ extremes ¡ because ¡ of ¡ changing ¡the ¡climate. ¡ DATA ¡AND ¡METHODS ¡USED: ¡ • SPI ¡ index ¡ was ¡ calculated ¡ on ¡ the ¡ base ¡ of ¡ months ¡ sums ¡ of ¡ precipitation ¡ for ¡ the ¡ period ¡of ¡1966 ¡-‑ ¡2010 ¡ ¡that ¡were ¡got ¡on ¡ ¡500 ¡stations ¡of ¡the ¡Russian ¡territory; ¡ • Fitting ¡ a ¡ probability ¡ density ¡ function ¡ to ¡ the ¡ frequency ¡ distribution ¡ of ¡ precipitation; ¡ ¡ ¡ • The ¡Index ¡shows ¡good ¡results ¡for ¡drought ¡and ¡wet ¡events; ¡ • It ¡can ¡be ¡calculated ¡for ¡different ¡time ¡series:1, ¡3, ¡6, ¡9,12 ¡и ¡24 ¡months, ¡but ¡the ¡best ¡ results ¡in ¡calculations ¡are ¡got ¡for ¡a ¡month ¡period; ¡ ¡ • It ¡is ¡stable ¡for ¡externals ¡factors; ¡ • Different ¡ parameters ¡ of ¡ SPI ¡ frequency ¡ distribution ¡ and ¡ long-‑term ¡ tendencies ¡ were ¡calculated ¡as ¡well ¡as ¡spatial ¡characteristics ¡indicating ¡drought ¡and ¡wetness ¡ propagation. ¡
DROUGHT ¡AND ¡WET ¡ ¡EXTREMES ¡EPISODES ¡ ¡ Year ¡ Year ¡ Year ¡ Months ¡ Year ¡ [-‑2] ¡ [-‑2] ¡ [2] ¡ [2] ¡ Drought ¡areal ¡ Drought ¡areal ¡ Wet ¡areal ¡extent ¡ Wet ¡areal ¡extent ¡ extent ¡for ¡ETR, ¡ extent ¡for ¡ATR, ¡ for ¡ETR, ¡ for ¡ATR, ¡ (%) ¡ (%) ¡ (%) ¡ (%) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ June ¡ ¡ ¡ 3 ¡ 12 ¡ 3 ¡ 3 ¡ 1972 ¡ 1981 ¡ 1970 ¡ July ¡ 1972 ¡ 5 ¡ 1 ¡ 0 ¡ 0 ¡ August ¡ 31 ¡ 2 ¡ 0 ¡ 0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ June ¡ ¡ ¡ 12 ¡ 4 ¡ 1 ¡ 0 ¡ 1981 ¡ 1998 ¡ 1973 ¡ July ¡ 1979 ¡ 0 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 2 ¡ August ¡ 1 ¡ 8 ¡ 3 ¡ 1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ June ¡ ¡ ¡ 0 ¡ 7 ¡ 0 ¡ 2 ¡ 1983 ¡ 2000 ¡ 1979 ¡ July ¡ 1994 ¡ 14 ¡ 0 ¡ 4 ¡ 0 ¡ August ¡ 1 ¡ 1 ¡ 0 ¡ 0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ June ¡ ¡ ¡ 0 ¡ 2 ¡ 0 ¡ 1 ¡ 1998 ¡ 2003 ¡ 1980 ¡ July ¡ 1996 ¡ 0 ¡ 8 ¡ 0 ¡ 2 ¡ August ¡ 17 ¡ 5 ¡ 5 ¡ 0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ June ¡ ¡ ¡ 1 ¡ 0 ¡ 3 ¡ 1 ¡ 2000 ¡ 2005 ¡ 1988 ¡ July ¡ 2002 ¡ 3 ¡ 1 ¡ 0 ¡ 2 ¡ August ¡ 14 ¡ 6 ¡ 0 ¡ 4 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ June ¡ ¡ ¡ 11 ¡ 2 ¡ 0 ¡ 1 ¡ 2003 ¡ 2006 ¡ 2006 ¡ July ¡ 2010 ¡ 18 ¡ 3 ¡ 1 ¡ 0 ¡ August ¡ 0 ¡ 6 ¡ 4 ¡ 4 ¡ -‑ ¡ ¡ ¡ -‑ ¡ June ¡ -‑ ¡ -‑ ¡ -‑ ¡ 2 ¡ ¡ ¡ 2007 ¡ July ¡ 5 ¡ August ¡ 3 ¡
June ¡1972 ¡ June ¡2010 ¡ SPATIAL ¡ ¡ ¡ DISTRIBUTION ¡ OF ¡ ¡SPI ¡INDEX ¡ FOR ¡THE ¡ MOST ¡ EXTREMELY ¡ DROUGHT ¡ July ¡2010 ¡ July ¡1972 ¡ EVENTS ¡IN ¡ SUMMER ¡1972 ¡ AND ¡IN ¡2010 ¡ August ¡1972 ¡ August ¡2010 ¡
SPATIO-‑TEMPORAL ¡DISTRIBUTION ¡OF ¡95% ¡PERCENTILE ¡DROUGHT ¡ June July the ¡ most ¡ common ¡ range ¡ of ¡ "tails" ¡ 2-‑1,5 ¡ graduation ¡ severe ¡drought ¡ Southern, ¡ Western ¡ regions, ¡ European ¡ North, ¡ the ¡ South ¡ of ¡ Siberia, ¡ Primorskiy ¡ and ¡ Khabarovsk ¡ territories ¡ are ¡ the ¡ mostly ¡ affected ¡ by ¡ drought; ¡ Northern ¡regions ¡are ¡affected ¡less. ¡ in ¡June ¡an ¡extreme ¡drought ¡is ¡concentrated ¡mainly ¡ in ¡the ¡South-‑Western ¡regions; ¡ in ¡July ¡an ¡extreme ¡drought ¡covers ¡the ¡entire ¡South, ¡ Murmansk ¡region, ¡the ¡South ¡of ¡the ¡Far ¡East; ¡ in ¡August ¡ ¡an ¡extreme ¡drought ¡ ¡is ¡spread ¡throughout ¡ August the ¡country. ¡
SPATIO-‑TEMPORAL ¡DISTRIBUTION ¡OF ¡WET ¡95% ¡PERCENTILE ¡ ¡ June July the ¡most ¡common ¡range ¡of ¡"tails“is1.5-‑2; ¡ larger ¡number ¡of ¡cases ¡is ¡noticed ¡in ¡the ¡range ¡of ¡ moderate ¡humidification, ¡as ¡far ¡as ¡ ¡the ¡range ¡of ¡ extreme ¡ wet ¡ is ¡ concerned, ¡ there ¡ are ¡ singular ¡ cases; ¡ almost ¡all ¡territory ¡is ¡subjected ¡ ¡by ¡considerable ¡ ¡ wet. ¡In ¡comparing ¡with ¡drought, ¡it ¡covers ¡more ¡ the ¡Northern ¡regions, ¡namely, ¡Yakutia, ¡Chukotka, ¡ and ¡the ¡Krasnoyarsk ¡region; ¡ June ¡ marks ¡ the ¡ highest ¡ number ¡ of ¡ cases ¡ in ¡ the ¡ range ¡ of ¡ 1.5 ¡ to ¡ 2 ¡ and ¡ more ¡ than ¡ 2, ¡ the ¡ lowest ¡ August values ¡are ¡in ¡July; ¡
LONG ¡PERIODS ¡DISTRIBUTION ¡CHANGES ¡OF ¡DROUGHT ¡ AND ¡WET ¡IN ¡JULY ¡ ¡ drought Probability ¡of ¡statistical ¡significance ¡of ¡ coefficient ¡equation ¡of ¡the ¡linear ¡trend ¡ confirmed ¡ for ¡ wet ¡ in ¡ July ¡ is ¡ 99%. ¡ Annually ¡increasing ¡of ¡the ¡area ¡of ¡ ¡wet ¡ distribution ¡ in ¡ July ¡ has ¡ the ¡ speed ¡ of ¡ 0,26 ¡units ¡of ¡ ¡areal ¡characteristics. ¡ wet Probability ¡of ¡statistical ¡significance ¡of ¡ coefficient ¡equation ¡of ¡the ¡linear ¡trend ¡ confirmed ¡ for ¡ drought ¡ in ¡ July ¡ is ¡ 99%. ¡ Annually ¡ increasing ¡ of ¡ the ¡ area ¡ of ¡ drought ¡ distribution ¡ in ¡ July ¡ has ¡ the ¡ speed ¡ of ¡ 0,25 ¡ units ¡ of ¡ ¡ areal ¡ characteristics. ¡
RESULTS: ¡ • Such ¡spatio-‑temporal ¡characteristics ¡analysis ¡of ¡wet ¡and ¡drought ¡extremes ¡using ¡ the ¡index ¡SPI ¡over ¡territory ¡of ¡Russia ¡is ¡made ¡for ¡the ¡first ¡time; ¡ • Fitting ¡ a ¡ probability ¡ density ¡ function ¡ to ¡ the ¡ frequency ¡ distribution ¡ of ¡ precipitation, ¡ helps ¡ use ¡ the ¡ index ¡ SPI ¡ for ¡ solving ¡ forecasting ¡ tasks ¡ of ¡ analysis ¡ drought ¡and ¡wet ¡events; ¡ • For ¡ statistical ¡ analysis ¡ there ¡ were ¡ calculated ¡ different ¡ parameters ¡ of ¡ SPI ¡ frequency ¡ distribution ¡ such ¡ as ¡ quintile, ¡ kurtosis, ¡ skewness, ¡ median, ¡ standard ¡ deviation, ¡range, ¡and ¡were ¡made ¡draws ¡of ¡histograms; ¡ • Last ¡few ¡years ¡there ¡was ¡a ¡tendency ¡of ¡increasing ¡the ¡range ¡of ¡extreme ¡events ¡in ¡ Russia. ¡There ¡were ¡fewer ¡droughts ¡in ¡the ¡northern ¡regions. ¡Hazard ¡spread ¡on ¡the ¡ territory ¡till ¡the ¡end ¡of ¡summer ¡and ¡it ¡could ¡occupy ¡the ¡whole ¡territory ¡of ¡Russia, ¡ especially ¡south, ¡west ¡and ¡some ¡parts ¡of ¡European ¡north; ¡ • For ¡the ¡European ¡territory ¡of ¡Russia ¡the ¡drought ¡is ¡less ¡in ¡June ¡and ¡August, ¡and ¡it ¡ increases ¡in ¡July. ¡And ¡it ¡is ¡vice ¡versa ¡for ¡wetness; ¡ • For ¡the ¡Asian ¡territory ¡of ¡Russia ¡the ¡drought ¡increases ¡and ¡wet ¡decreases. ¡ ¡
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