• Energy Research

Abstract. Future climate scenarios for the Mediterranean region indicate a possible decrease in annual precipitation associated with an intensification of extreme rainfall events in the coming years. A major challenge in this region is to evaluate the impacts of changing precipitation patterns on extreme hydrological events such as droughts and floods. For this, it is important to understand the impact of climate change on soil moisture since it is a proxy for agricultural droughts, and the antecedent soil moisture condition plays a key role on runoff generation. This study focuses on 10 sites, located in southern France, with available soil moisture, temperature, and precipitation observations for a 10-year time period. Soil moisture is simulated at each site at the hourly time step using a model of soil water content. The sensitivity of the simulated soil moisture to different changes in precipitation and temperature is evaluated by simulating the soil moisture response to temperature and precipitation scenarios generated using a delta change method for temperature and a stochastic model (the Neyman–Scott rectangular pulse model) for precipitation. Results show that soil moisture is more impacted by changes in precipitation intermittence than precipitation intensity and temperature. Overall, increased temperature and precipitation intensity associated with more intermittent precipitation leads to decreased soil moisture and an increase in the annual number of days with dry soil moisture conditions. In particular, a temperature increase of +4 ∘C combined with a decrease of annual rainfall between 10 % and 20 %, corresponding to the current available climate scenarios for the Mediterranean, lead to a lengthening of the drought period from June to October with an average of +28 d of soil moisture drought per year.

Les rivières intermittentes sont répandues dans de nombreux pays d'Europe et dans les pays méditerranéens en dehors de l'Europe, mais on sait peu de choses sur l'évolution temporelle des caractéristiques d'intermittence et leurs relations avec la variabilité climatique. Dans cette étude, une analyse de tendance est effectuée sur le nombre annuel et saisonnier de jours à débit nul, la durée maximale de Dry Publié sur Authorea le 20 janvier 2020 | CC BY 4.0 | https://doi.org/10.22541/au.157954098.89011979 | Cette préimpression n'a pas été examinée par des pairs. Les données peuvent être préliminaires.spells et la date moyenne des événements à débit nul, sur une base de données de 452 rivières dans les pays européens et méditerranéens en dehors de l'Europe, avec des degrés d'intermittence variables.En outre, les relations entre l'intermittence du débit et le climat sont étudiées à l'aide de l'indice normalisé d'évapotranspiration des précipitations (SPEI) et de six indices climatiques décrivant la circulation atmosphérique à grande échelle.Les résultats ont indiqué une forte variabilité spatiale des schémas saisonniers d'intermittence et du nombre annuel et saisonnier de jours de débit nul, ce qui met en évidence les contrôles exercés par les propriétés locales du bassin versant.La plupart des tendances détectées indiquent un nombre croissant de jours de débit nul qui ont également tendance à se produire plus tôt dans l'année, en particulier en Europe du Sud. On constate que le SPEI est fortement lié à l'occurrence annuelle et saisonnière du jour de débit nul dans plus de la moitié des stations pour différentes périodes d'accumulation entre 12 et 24 mois. Inversement, il existe une faible dépendance de l'intermittence des rivières avec des indices de circulation à grande échelle. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent une augmentation du stress hydrique dans les rivières intermittentes qui peut affecter leur biote et leur biochimie et réduire également les ressources en eau disponibles. Los ríos intermitentes son frecuentes en muchos países de Europa y en países mediterráneos fuera de Europa, pero se sabe poco sobre la evolución temporal de las características de intermitencia y sus relaciones con la variabilidad climática. En este estudio, se realiza un análisis de tendencias sobre el número anual y estacional de días de flujo cero, la duración máxima de Dry Publicado en Authorea el 20 de enero de 2020 | CC BY 4.0 | https://doi.org/10.22541/au.157954098.89011979 | Este es un preprint y no ha sido revisado por pares. Los datos pueden ser preliminares. en una base de datos de 452 ríos en países europeos y mediterráneos fuera de Europa, con diversos grados de intermitencia. Además, se investigan las relaciones entre la intermitencia de flujo y el clima utilizando el Índice Estandarizado de Evapotranspiración de Precipitación (SPEI) y seis índices climáticos que describen la circulación atmosférica a gran escala. Los resultados indicaron una fuerte variabilidad espacial de los patrones estacionales de intermitencia y el número anual y estacional de días de flujo cero, lo que destaca los controles ejercidos por las propiedades de captación locales. La mayoría de las tendencias detectadas indican un número creciente de días de flujo cero que también tienden a ocurrir a principios de año, en particular en el sur de Europa. SE encuentra que el SPEI está fuertemente relacionado con la ocurrencia anual y estacional del día de flujo cero en más de la mitad de las estaciones para diferentes tiempos de acumulación entre 12 y 24 meses. Por el contrario, existe una débil dependencia de la intermitencia fluvial con los índices de circulación a gran escala. En general, estos resultados sugieren un mayor estrés hídrico en los ríos intermitentes que puede afectar su biota y bioquímica y también reducir los recursos hídricos disponibles. Intermittent rivers are prevalent in many countries across Europe and in Mediterranean countries outside Europe, but little is known about the temporal evolution of intermittency characteristics and their relationships with climate variability.In this study, a trend analysis is performed on the annual and seasonal number of zero-flow days, the maximum duration of dry Posted on Authorea 20 Jan 2020 | CC BY 4.0 | https://doi.org/10.22541/au.157954098.89011979| This a preprint and has not been peer reviewed.Data may be preliminary.spells and the mean date of the zero-flow events, on a database of 452 rivers in European and in Mediterranean countries outside Europe, with varying degrees of intermittence.In addition, the relationships between flow intermittence and climate are investigated using the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) and six climate indices describing large scale atmospheric circulation.Results indicated a strong spatial variability of the seasonal patterns of intermittence and the annual and seasonal number of zero-flow days, which highlights the controls exerted by local catchment properties.Most of the detected trends indicate an increasing number of zero-flow days which also tend to occur earlier in the year, in particular in Southern Europe.The SPEI is found to be strongly related to the annual and seasonal zero-flow day occurrence in more than half of the stations for different accumulation times between 12 and 24 months.Conversely, there is a weak dependence of river intermittence with large-scale circulation indices.Overall, these results suggest increased water stress in intermittent rivers that may affect their biota and biochemistry and also reduce available water resources. تنتشر الأنهار المتقطعة في العديد من البلدان في جميع أنحاء أوروبا وفي بلدان البحر الأبيض المتوسط خارج أوروبا، ولكن لا يُعرف سوى القليل عن التطور الزمني لخصائص الانقطاع وعلاقاتها بتقلب المناخ. في هذه الدراسة، يتم إجراء تحليل للاتجاه على العدد السنوي والموسمي لأيام التدفق الصفري، والمدة القصوى لـ DRY منشور على Authorea 20 يناير 2020 | CC BY 4.0 | https://doi.org/10.22541/au.157954098.89011979 | هذه طبعة مسبقة ولم تتم مراجعتها من قبل الأقران. قد تكون البيانات أولية. نوبات ومتوسط تاريخ أحداث التدفق الصفري، على قاعدة بيانات تضم 452 نهرًا في الدول الأوروبية ودول البحر الأبيض المتوسط خارج أوروبا، بدرجات متفاوتة من التقطع. بالإضافة إلى ذلك، يتم التحقيق في العلاقات بين تقطع التدفق والمناخ باستخدام مؤشر تبخر - نتح هطول الأمطار القياسي (SPEI) وستة مؤشرات مناخية تصف الدوران الجوي واسع النطاق. أشارت النتائج إلى تقلب مكاني قوي للأنماط الموسمية للتقطع والعدد السنوي والموسمي لأيام التدفق الصفري، مما يسلط الضوء على الضوابط التي تمارسها خصائص مستجمعات المياه المحلية. تشير معظم الاتجاهات المكتشفة إلى عدد متزايد من أيام التدفق الصفري والتي تميل أيضًا إلى الحدوث في وقت مبكر من العام، لا سيما في جنوب أوروبا. وجد أن SpeI مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بحدوث يوم التدفق الصفري السنوي والموسمي في أكثر من نصف المحطات لأوقات التراكم المختلفة بين 12 و 24 شهرًا. على العكس من ذلك، هناك اعتماد ضعيف على انقطاع النهر مع مؤشرات الدوران واسعة النطاق. بشكل عام، تشير هذه النتائج إلى زيادة الإجهاد المائي في الأنهار المتقطعة التي قد تؤثر على الكائنات الحية والكيمياء الحيوية وتقلل أيضًا من موارد المياه المتاحة.

The relationship between climate change and floods frequency is of great interest for addressing the complex analysis on the hydrologic cycle evolution. In this context, this study aims to assess, by a preliminary investigation, the climate change effects on the floods frequency in several basins of the upper Tiber River, whose area is ranging from 100 to 300 km2. For that, a continuous hydrological model coupled with a stochastic generation of rainfall and temperature has been used. Therefore, a long synthetic series of discharge were generated from which the annual maximum discharges were extracted and, hence, the flood frequency curves were defined. For the stochastic generation of precipitation, the Neyman-Scott Rectangular Pulse model was used, while for the synthetic generation of temperature, an ARIMA model with fractional differentiation was applied. The time series of discharge was assessed by applying a continuous hydrological model developed ad hoc for the investigated basins. The model structure was inferred by investigating the effects of antecedent wetness conditions on the outlet response of several experimental basins located in Central Italy. The analysis proposed here compares the actual time series of precipitation and temperature and the perturbed ones by assuming two different future scenarios obtained by the Global Circulation Model HadCM3. Results showed that geo-morphological and land-use characteristics of basins might have a paramount role in the changing of floods frequency.

AbstractSoil moisture is an essential climate variable of the Earth system. Understanding its spatiotemporal dynamics is essential for predicting weather patterns and climate variability, monitoring and mitigating the effects and occurrence of droughts and floods, improving irrigation in agricultural areas, and sustainably managing water resources. Here we review in depth how soils can remember information on soil moisture anomalies over time, as embedded in the concept of soil moisture memory (SMM). We explain the mechanisms underlying SMM and explore its external and internal drivers; we also discuss the impacts of SMM on different land surface processes, focusing on soil‐plant‐atmosphere coupling. We explore the spatiotemporal variability, seasonality, locality, and depth‐dependence of SMM and provide insights into both improving its characterization in land surface models and using satellite observations to quantify it. Finally, we offer guidance for further research on SMM.

Under arid conditions, where water availability is the limiting factor for plant survival, water balance models can be used to explain vegetation dynamics. [...]