Monitoring drought severity in agriculture through a synthetic index based on dry periods: a case study in the Mediterranean basin


  • Suivi de l'intensité de la sécheresse en agriculture à travers un indice synthétique basé sur les périodes sèches: une étude de cas dans le Bassin Méditerranéen.

  • This paper reflects the research activities of the authors. Findings, interpretations and conclusions should not be attributed either to ISTAT or CRA.


Drought is usually defined as a significant, temporary reduction in water availability below the expected amount for a specified period and for a defined climatic zone. Drought episodes may be described by means of different characteristics, namely drought duration and intensity, considered as the two dimensions of this agro-climatic phenomenon. Among the several methods proposed for describing drought, the run method appears as suitable to provide an objective characterisation of drought events. A simple drought index, obtained from only two input variables (rainfall and reference evapotranspiration), able to describe different dimensions of drought phenomena (duration, intensity and severity), and to recognise “normal” conditions, both in statistical and ecological terms, is meaningful. Our interest is therefore to develop such a drought index, able to produce information on a detailed geographic and time scale.

The procedure we have built up consists in calculating for each day, considered as dry or wet, the length of the present dry spell (LH) and water deficit (DF). The same variables were computed over a six-month period preceding the evaluation day (LH6 and DF6). For each day to be evaluated we associated each agro-climatological variable with the corresponding percentile value obtained from the climatology data set. Two partial indicators depicting drought duration (LHS) and intensity (DFS) were introduced. LHS and DFS were computed respectively as the maximum daily value between LH and LH6, and between DF and DF6. A synthetic index of drought severity (DSI) was finally obtained as the geometric mean of LHS and DHS indicators.

Using dry spell climatology we estimated duration, intensity and severity of drought on a daily basis over the test period 1988–2003. The most arid period in Italy was recorded during spring–summer 2003, when especially dry conditions occurred in northern and central Italy. DSI correctly indicates a significant increase of drought from March to July 2003 throughout Italy: drought severity reaches the 90 percentile in all the stations from Po plain, Apennines, and coastal areas of central Italy.

In conclusion, DSI may be used to assess the agro-climatic conditions occurring in a certain location through only two input variables. It allows a synthetic description of drought episodes in terms of both dry spell length and water balance. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.


La sécheresse est habituellement définie comme une réduction significative et temporaire de la disponibilité de l'eau au dessous de la quantité attendue pour une période spécifique et pour une zone climatique définie. Les épisodes de sécheresse peuvent être représentés par différentes caractéristiques; ainsi la durée et l'intensité de la sécheresse sont considérées comme les deux dimensions de cette manifestation agro-climatique. Parmi les nombreuses méthodes proposées pour représenter la sécheresse, la méthode proposée ici est la plus convenable pour identifier et caractériser les événements de sécheresse. Un index simple de sécheresse obtenu à partir de deux variables seulement (pluie et évapotranspiration de référence), capable de décrire les différents dimensions du phénomène sécheresse (durée, intensité et sévérité) et de reconnaître les conditions « normales » en terme statistique et écologique, est très signifiant. Notre objet est donc de développer cet index de sécheresse, capable de fournir des informations à une échelle fine géographique et temporelle.

Le procédé que nous avons suivi consiste á calculer pour chaque jour considéré sec ou humide, la durée de la période sèche réelle (LH) et le déficit hydrique (DF). Ces mêmes variables sont calculées sur les six mois précédant le jour à évaluer (LH6 et DF6). Pour chaque jour à évaluer nous associons la variable agro-climatique avec la fréquence correspondante obtenue par la série de données climatiques. La durée de la période sèche, exprimée comme nombre des jours secs (LHS) et le déficit hydrique journalier moyen pendant les périodes sèches (DFS) ont été calculés comme la valeur maximum journalière entre LH et LH6 et entre DF et DF6 pour LHS et DHS respectivement. LHS représente un indicateur de la durée de la sécheresse et DFS un indicateur de son intensité. Enfin un index synthétique de la sévérité de la sécheresse a été obtenu comme la moyenne géométrique des indicateurs LHS et DHS. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.