Review of modern methods of drought research and monitoring

Authors

  • Katsiaryna M. Sumak Belarusian State University, 4 Niezaliezhnasci Avenue, Minsk 220030, Belarus; Republican Centre for Hydrometeorology, Control of Radioactive Contamination and Environmental Monitoring, 110 Niezaliezhnasci Avenue, Minsk 220114, Belarus

Keywords:

drought, methods of drought assessment, drought monitoring, indicators of droughts, indices of droughts
Supporting Agencies
The author expresses deep gratitude to professor of the Odessa State Ecological University, doctor of science (geography) I. G. Semenova and the staff of the department of agrometeorology of the hydrology and agrometeorology service of the Republican Centre for Hydrometeorology, Control of Radioactive Contamination and Environmental Monitoring for consultations and valuable recommendations in the process of writing this article.

Abstract

Drought is one of the largest natural disasters in human life. According to the main indicators of negative impact, it occupies a leading position among other dangerous hydrometeorological phenomena. Under the influence of global climate change, the problem of increasing aridity in different parts of the planet, especially in agricultural regions has become extremely acute. It is expected that in the long term, global temperatures will continue to rise, spatial and temporal variability of precipitation will increase, which will lead to a further increase in the risk of droughts in arid regions. For this reason, monitoring and forecasting drought events are relevant both in scientific research and in solving applied problems. This article presents the basic principles of drought assessment and the parameters that are currently most often used in the world for drought monitoring. The role of atmospheric processes in the formation and evolution of droughts is shown. The system of monitoring and assessment of drought phenomena used in the Republican Centre for Hydrometeorology, Control of Radioactive Contamination and Environmental Monitoring for agrometeorological support of agriculture of Belarus is considered.

Author Biography

  • Katsiaryna M. Sumak, Belarusian State University, 4 Niezaliezhnasci Avenue, Minsk 220030, Belarus; Republican Centre for Hydrometeorology, Control of Radioactive Contamination and Environmental Monitoring, 110 Niezaliezhnasci Avenue, Minsk 220114, Belarus

    PhD (geography); associate professor at the department of the general geography and hydrometeorology, faculty of geography and geoinformatics, Belarusian State University, and leading weather forecaster at the department of short-term weather forecasts, adverse and dangerous phenomena, weather forecasting service, Republican Centre for Hydrometeorology, Control of Radioactive Contamination and Environmental Monitoring

References

  1. Naumann G, Cammalleri C, Mentaschi L, Feyen L. Increased economic drought impacts in Europe with anthropogenic warming. Nature Climate Change. 2021;11:485–491. DOI: 10.1038/s41558-021-01044-3.
  2. Jaagus J, Aasa A, Aniskevich S, Boincean B, Bojariu R, Briede A, et al. Long-term changes in drought indices in Eastern and Central Europe. International Journal of Climatology. 2022;42(1):225–249. DOI: 10.1002/joc.7241.
  3. Бучинский ИЕ. Засухи и суховеи. Ленинград: Гидрометеоиздат; 1976. 214 с.
  4. Семенова ІГ. Синоптичні та кліматичні умови формування посух в Україні. Харків: ФОП Панов А. М.; 2017. 236 с.
  5. Semenova I. Some meteorological aspects of severe agricultural drought in the Northern Black Sea region in 2019–2020. Environmental Sciences Proceedings. 2021;8(1):18. DOI: 10.3390/ecas2021-10299.
  6. Логинов ВФ, Сачок ГИ, Микуцкий ВС, Мельник ВИ, Коляда ВВ. Изменения климата Беларуси и их последствия. Логинов ВФ, редактор. Минск: Тонпик; 2003. 330 с.
  7. Блетько ВА, Мельчакова НВ. Засухи в Беларуси. Родная прырода. 2019;8:16–18.
  8. Семёнова ИГ. Методические аспекты мониторинга засух в Украине. В: Лопух ПС, Гледко ЮА, Курлович ДМ, Логинова ЕВ, Матюшевская ЕВ, редакторы. Развитие географических исследований в Беларуси в XX–XXI веках. Материалы Международной научно-практической очно-заочной конференции, посвященной 100-летию Белорусского государственного университета, 60-летию кафедры физической географии и образовательных технологий, 100-летию со дня рождения профессора О. Ф. Якушко; 24–26 марта 2021 г.; Минск, Беларусь. Минск: БГУ; 2021. с. 208–212.
  9. Хлебникова ЕИ, Павлова ТВ, Сперанская НА. Засухи. В: Ананичева МД, Анохин ЮА, Асарин АЕ, Асмус ВВ, Болгов МВ, Борисова ОК и др. Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем. Семенов СМ, редактор. Москва: Росгидромет; 2012. с. 126–164.
  10. Логинов ВФ, Неушкин АИ, Рочева ЭВ. Засухи, их возможные причины и предпосылки предсказания. Обнинск: Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – Мировой центр данных; 1976. 72 с.
  11. Cherenkova EA, Kononova NK, Muratova NR. Summer drought 2010 in the European Russia. Geography, Environment, Sustainability. 2013;6(1):55–66. DOI: 10.24057/2071-9388-2013-6-1-81-92.
  12. Семёнова ИГ. Метеорологические и синоптические условия засухи в Украине осенью 2011 г. Український гідрометеорологічний журнал [Интернет]. 2012 [процитировано 11 ноября 2020 г.];10:58–64. Доступно по: http://uhmj.odeku.edu.ua/ wp-content/uploads/2012/06/9.pdf.
  13. Crausbay SD, Ramirez AR, Carter SL, Cross MS, Hall KR, Bathke DJ, et al. Defining ecological drought for the twenty-first century. Bulletin of the American Meteorological Society. 2017;98(12):2543–2550. DOI: 10.1175/BAMS-D-16-0292.1.
  14. Давитая ФФ. Засухи в СССР и научное обоснование мер борьбы с ними по природным зонам. В: Всесоюзная ордена Ленина академия сельскохозяйственных наук имени В. И. Ленина. Вопросы земледелия и борьбы с эрозией почв в степных и лесостепных районах СССР. Материалы выездной сессии ВАСХНИЛ; 7–14 октября 1958 г.; Саратов, СССР. Том 1. Саратов: Саратовское книжное издательство; 1959. с. 54–58.
  15. Danilovich IS, Gledko YuA, Tarasevich IV. Drought frequency in Belarus in connection with atmospheric circulation in the Euro-Atlantic sector. Russian Meteorology and Hydrology. 2023;48(9):778–785. DOI: 10.3103/S1068373923090054.
  16. Черенкова ЕА, Кононова НК. Связь опасных атмосферных засух в Европейской России в XX веке с макроциркуляционными процессами. Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2009;1:73–82. EDN: JVYJFB.
  17. Wiedenmann JM, Lupo AR, Mokhov II, Tikhonova EA. The climatology of blocking anticyclones for the Northern and Southern Hemispheres: block intensity as a diagnostic. Journal of Climate. 2002;15(23):3459–3473. DOI: 10.1175/1520-0442(2002)015<3459:TCOBAF>2.0.CO;2.
  18. Сумак ЕН, Семёнова ИГ. Циклоническая активность и повторяемость опасных явлений погоды над территорией Беларуси. Журнал Белорусского государственного университета. География. Геология. 2019;2:79–93. DOI: 10.33581/2521-6740- 2019-2-79-93.
  19. Semenova I, Sumak K. Cyclonic activity in cold season over territories of Belarus and Ukraine and its relation to the warm season droughts. Croatian Meteorological Journal [Internet]. 2017 [cited 2023 July 20];52:59–73. Available from: https://hrcak.srce. hr/201613.
  20. Semenova I, Slizhe M. Synoptic conditions of droughts and dry winds in the Black Sea Steppe province under recent decades. Frontiers in Earth Science. 2020;8:69. DOI: 10.3389/feart.2020.00069.
  21. Otkin JA, Svoboda M, Hunt ED, Ford TW, Anderson MC, Hain C, et al. Flash droughts: a review and assessment of the challenges imposed by rapid-onset droughts in the United States. Bulletin of the American Meteorological Society. 2018;99(5):911–919. DOI: 10.1175/BAMS-D-17-0149.1.
  22. World Meteorological Organization, Global Water Partnership, Wilhite DA. National drought management policy guidelines: a template for action [Internet]. Geneva: World Meteorological Organization; 2014 [cited 2020 October 22]. IV, 40 p. (Integrated drought management tools and guidelines series; 1); (WMO; No. 1164). Available from: https://www.droughtmanagement.info/literature/ IDMP_NDMPG_en.pdf. Co-published by the Global Water Partnership.
  23. Всемирная метеорологическая организация, Глобальное водное партнерство, Свобода М, Фукс БА. Справочник по показателям и индексам засушливости [Интернет]. Женева: [б. и.]; 2016 [процитировано 22 октября 2022 г.]. IV, 53 с. (Средства и руководящие указания по комплексной борьбе с засухой; 2); (ВМО; № 1173). Доступно по: https://www.droughtmanagement. info/literature/WMO-GWP-Drought-Indices_ru_2016.pdf.
  24. Педь ДА. О показателе засухи и избыточного увлажнения. Труды Гидрометцентра СССР. 1975;156:19–38.
  25. Palmer WC. Meteorological drought. Research paper No. 45. Washington: U. S. Government Printing Office; 1965. VI, 58 p.
  26. Всемирная метеорологическая организация. Руководство для пользователей стандартизированного индекса осадков [Интернет]. Женева: Всемирная метеорологическая организация; 2012 [процитировано 9 октября 2020 г.]. 20 с. (ВМО; № 1090). Доступно по: https://www.droughtmanagement.info/literature/WMO_standardized_precipitation_index_user_guide_ru_2012.pdf.
  27. Vicente-Serrano SM, Beguería S, López-Moreno JI. A multiscalar drought index sensitive to global warming: the standardized precipitation evapotranspiration index. Journal of Climate. 2010;23(7):1696–1718. DOI: 10.1175/2009JCLI2909.1.
  28. Kogan FN. Application of vegetation index and brightness temperature for drought detection. Advances in Space Research. 1995;15(11):91–100. DOI: 10.1016/0273-1177(95)00079-T.
  29. Kogan F, Adamenko T, Kulbida M. Satellite-based crop production monitoring in Ukraine and regional food security. In: Kogan F, Powell AM Jr, Fedorov O, editors. Use of satellite and in-situ data to improve sustainability. Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on using satellite data and in-situ data to improve sustainability; 2009 June 9–12; Kyiv, Ukraine. Dordrecht: Springer; 2011. p. 99–104 (NATO science for peace and security. Series C, Environmental security). DOI: 10.1007/978-90-481-9618-0_11.
  30. Thenkabail PS, Gamage MSDN, Smakhtin VU. The use of remote sensing data for drought assessment and monitoring in southwest Asia. Colombo: International Water Management Institute; 2004. V, 26 p. Report No.: 85.
  31. Мельник ВИ, Мельчакова НВ. Предложения по совершенствованию системы оценки засух в Республике Беларусь. Экологический вестник. 2014;4:78–83. EDN: UFMUVQ.
  32. Данилович ИС, Мельник ВИ, редакторы. Научно-прикладной справочник по агроклиматическим ресурсам Республики Беларусь на основе оценки современного изменения климата за 1989–2018 гг. Минск: Белгидромет; 2020. 331 с.
  33. Гольберг МА, Волобуева ГВ, Фалей АА. Опасные явления погоды и урожай. Минск: Ураджай; 1988. 120 с.
  34. Мельник ВИ, Буяков ИВ, Пискунович НГ, Шумская ТГ. Оценка влагозапасов и повторяемости почвенных засух на территории Белорусского Полесья в период современного потепления климата. Природные ресурсы. 2020;2:104–114. EDN: QUMOGA.
  35. Мельник ВИ, Пискунович НГ, Буяков ИВ, Яцухно ВМ, Шумская ТГ. Пространственно-временные изменения почвенных засух на территории Белорусского Полесья в условиях современного изменения климата. Природные ресурсы. 2021;1:15–21. EDN: SGPZYB.

Downloads

Additional Files

Published

2024-12-23

Issue

No. 2 (2024): Journal of the Belarusian State University. Geography and Geology

Section

Geography

License

The authors who are published in this journal agree to the following:

  1. The authors retain copyright on the work and provide the journal with the right of first publication of the work on condition of license Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. The authors retain the right to enter into certain contractual agreements relating to the non-exclusive distribution of the published version of the work (e.g. post it on the institutional repository, publication in the book), with the reference to its original publication in this journal.
  3. The authors have the right to post their work on the Internet (e.g. on the institutional store or personal website) prior to and during the review process, conducted by the journal, as this may lead to a productive discussion and a large number of references to this work. (See The Effect of Open Access.)

How to Cite

[1]
Sumak, .K.M. 2024. Review of modern methods of drought research and monitoring. Journal of the Belarusian State University. Geography and Geology. 2 (Dec. 2024), 91–106.