Detection and analysis of drought events in Calabria (southern Italy)

Drought phenomena are one of the greatest damaging climate events. For this reason it is necessary to detect several drought features such as its intensity, duration, recurrence probability and spatial extent, also in order to alleviate the impacts of droughts. In this study, drought, expressed using the Standardized Precipitation Index (SPI), has been analyzed in a region of southern Italy (Calabria) using a homogenized database for 24 monthly rainfall series in the 1951-2016 period. First, both the short-term (3 months) and the long-term (24 months) SPI were estimated and, in order to identify the worst events, the percentages of rain gauges falling within severe or extreme dry conditions have been evaluated. Then, the occurrence frequencies of severe/extreme droughts have been evaluated for each rain gauge. Finally, possible trends in the SPI values have been detected by means of a new graphical technique, Sen's method, which allows the trend identification of the low, medium and high values of a series. Results evidenced that, considering the 3-month SPI, the occurrence frequency of severe and extreme drought events increased from the late 1970s to the early 2000. As to what concerns the 12-month SPI, droughts were more frequent throughout the 1980s and the 1990s and at beginning of this century. The trend analysis showed a general reduction in all the values of the SPI, that is a tendency towards heavier droughts and weaker wet periods.

La siccità è un evento climatico estremo che costituisce uno dei rischi naturali più dannosi per le popolazioni di ogni latitudine, in termini sociali, economici, sanitari. L'inizio di un evento siccitoso non è facilmente percepibile e la sua evoluzione temporale è spesso incerta; i suoi effetti, però, possono essere devastanti raggiungendo livelli di severità anche molto elevati. Caratterizzare un evento di siccità significa praticamente valutarne entità e durata, anche tramite un opportuno confronto con la "storia climatica" dell'area. Analogamente è importante avere la possibilità di segnalare tempestivamente la possibile insorgenza del fenomeno siccitoso e di seguire la sua evoluzione temporale e spaziale. A tale scopo, già da anni è stato proposto dalla comunità scientifica l'impiego di indici di siccità, che permettono di quantificare le anomalie climatiche in termini di intensità, durata, estensione spaziale, frequenza. Alcuni di tali indici sono riferiti alla siccità meteorologica, essendo basati sull'analisi della sola informazione pluviometrica, e possono essere applicati considerando diverse scale temporali. Uno degli indici di siccità meteorologica più conosciuto è senza dubbio lo Standardized Precipitation Index (SPI), proposto da McKee et alii (1993), già ampiamente applicato in diverse aree del Pianeta. L'SPI è stato concepito per quantificare il deficit di precipitazione su diverse scale temporali, che riflettono l'impatto della siccità sulla disponibilità delle diverse risorse idriche. Le condizioni di umidità del suolo rispondono ad anomalie di precipitazione su una scala temporale relativamente breve, mentre il sottosuolo, i fiumi e gli invasi riflettono anomalie di precipitazione a lungo termine. Per questa ragione, McKee et alii (1993) originariamente svilupparono l'SPI per scale temporali di 3, 6, 12, 24, e 48 mesi. I valori dell'SPI oscillano nella maggior parte dei casi tra +2 e -2, anche se entrambi questi estremi possono essere superati. I valori positivi indicano situazioni di surplus pluviometrico, mentre valori negativi individuano situazioni di siccità. La suddivisione del range dei valori, inoltre, permette di effettuare una classificazione climatica dei periodi temporali nei quali è calcolato l'SPI. Nel presente lavoro, vengono riportati i risultati relativi all'applicazione dell'SPI su alcune serie temporali di pioggia della Calabria (Italia Meridionale). La Calabria, per la sua morfologia ed orografia e per la sua posizione all'interno del bacino del Mediterraneo, è un ottimo "laboratorio climatico naturale", presentando caratteristiche del clima molto variabili spazialmente. Infatti, le zone litoranee ed i versanti prospicienti il mare sono caratterizzate da un clima tipicamente mediterraneo, con inverni miti ed estati caldi e prive di pioggia; all'interno, invece, soprattutto all'aumentare dell'altitudine, gli inverni sono freddi, spesso nevosi, e le estati, di frequente, anche fresche. L'SPI, nel presente lavoro, è stato calcolato considerando le scale temporali a tre mesi (SPI-3) e a 12 mesi (SPI-12). Nella scelta delle stazioni e del periodo di osservazione, si è voluto raggiungere l'obiettivo di avere una banca dati di valori pluviometrici mensili aggiornata e completa, così da non avere un numero elevato di dati mancanti nel calcolo dell'SPI. Di conseguenza, sono state selezionate le serie mensili di 24 stazioni per il periodo 1951-2016, distribuite sul territorio in modo omogeneo e con altitudine variabile dal livello del mare fino a circa 1000 m s.l.m. Per ogni mese dell'intero periodo di osservazione e per ciascuna stazione, sono stati calcolati i valori dell'SPI, per entrambe le scale temporali, ed evidenziati i periodi di siccità severa ed estrema. I risultati hanno rivelato che l'SPI-3 presenta un incremento di frequenza di accadimento dei periodi di siccità severa ed estrema tra fine anni '70 e primi anni del nuovo secolo. In particolare, negli anni '80 quasi l'80% delle stazioni considerate ha fatto registrare periodi severi ed estremi di siccità. Detta percentuale è stata superata nei primi anni del 2000. Per quanto concerne l'SPI-12, le siccità severe ed estreme risultano più frequenti tra fine anni '80 e inizi '90, ed anche agli inizi del secolo in corso. In particolare, i risultati relativi all'SPI-12 hanno mostrato chiaramente la maggiore estensione della siccità severa ed estrema avvenuta agli inizi del secolo, con oltre il 90% delle stazioni coinvolte. I risultati ottenuti hanno permesso inoltre di evidenziare le stazioni con le maggiori frequenze di accadimento dei periodi di siccità severa ed estrema ed anche di caratterizzare i maggiori eventi da diversi punti di vista: valori di SPI raggiunti, durata in mesi ed estensione spaziale. Infine l'applicazione di un metodo grafico di valutazione del trend, l'Innovative Trend Analysis (ITA) proposto da Şen (2012), ha consentito di rilevare tendenze nei valori dell'SPI. I risultati, in particolare, hanno evidenziato, per entrambe le scale temporali utilizzate e per la maggior parte delle stazioni, trend negativi dei valori più bassi dell'SPI, ossia una tendenza negli anni a più gravi siccità.