Repositorio
Institucional

Mendoza, Pablo A.

Technical note: What does the Standardized Streamflow Index actually reflect? Insights and implications for hydrological drought analysis

COPERNICUS GESELLSCHAFT MBH

HYDROLOGY AND EARTH SYSTEM SCIENCES

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Hydrological drought is one of the main hydroclimatic hazards worldwide, affecting water availability, ecosystems, and socioeconomic activities. This phenomenon is commonly characterized by the Standardized Streamflow Index (SSI), which is widely used because of its straightforward formulation and calculation. Nevertheless, there is limited understanding of what the SSI actually reveals about how climate anomalies propagate through the terrestrial water cycle. To find possible explanations, we implemented the Structure for Unifying Multiple Modeling Alternatives (SUMMA) coupled with the mizuRoute routing model in six hydroclimatically different case study basins located on the western slopes of the extratropical Andes and examined correlations between the SSI (computed from the models for 1-, 3-, and 6-month timescales) and potential explanatory variables - including precipitation and simulated catchment-scale storages - aggregated at different timescales. Additionally, we analyzed the impacts of adopting commonly used timescales on propagation analyses of specific drought events - from meteorological to soil moisture and hydrological drought - with focus on their duration and intensity. The results reveal that the choice of timescale for the SSI has larger effects on correlations with explanatory variables in rainfall-dominated regimes compared to snowmelt-driven basins, especially when simulated fluxes and storages are aggregated to timescales longer than 9 months. In all the basins analyzed, the strongest relationships (Spearman rank correlation values over 0.7) were obtained when using 6-month timescales to compute the SSI and 9-12 months to compute the explanatory variables, excepting aquifer storage in snowmelt-driven basins. Finally, the results show that the trajectories of drought propagation obtained with the Standardized Precipitation Index (SPI), the Standardized Soil Moisture Index (SSMI), and the SSI may change drastically with the selection of timescale. Overall, this study highlights the need for caution when selecting standardized drought indices and associated timescales, since their choice impacts event characterizations, monitoring, and propagation analyses.La sequía hidrológica es uno de los principales peligros hidroclimáticos a nivel mundial, que afecta la disponibilidad de agua, los ecosistemas y las actividades socioeconómicas. Este fenómeno se caracteriza comúnmente por el Índice de Caudal Estandarizado (SSI), ampliamente utilizado debido a su formulación y cálculo sencillos. Sin embargo, existe un conocimiento limitado sobre lo que el SSI revela realmente acerca de cómo se propagan las anomalías climáticas a través del ciclo del agua terrestre. Para encontrar posibles explicaciones, implementamos la Estructura para Unificar Múltiples Alternativas de Modelado (SUMMA) acoplada con el modelo de enrutamiento mizuRoute en seis cuencas de estudio de caso hidroclimáticamente diferentes ubicadas en las laderas occidentales de los Andes extratropicales y examinamos las correlaciones entre el SSI (calculado a partir de los modelos para escalas de tiempo de 1, 3 y 6 meses) y posibles variables explicativas, incluyendo la precipitación y los almacenamientos simulados a escala de cuenca, agregados en diferentes escalas de tiempo. Además, analizamos los impactos de adoptar escalas de tiempo comúnmente utilizadas en los análisis de propagación de eventos de sequía específicos (desde sequía meteorológica hasta sequía de humedad del suelo e hidrológica), con énfasis en su duración e intensidad. Los resultados revelan que la elección de la escala de tiempo para el SSI tiene mayores efectos en las correlaciones con las variables explicativas en regímenes dominados por la lluvia en comparación con cuencas impulsadas por el deshielo, especialmente cuando los flujos y almacenamientos simulados se agregan a escalas de tiempo mayores a 9 meses. En todas las cuencas analizadas, las relaciones más fuertes (valores de correlación de rangos de Spearman superiores a 0,7) se obtuvieron al usar escalas de tiempo de 6 meses para calcular el SSI y de 9 a 12 meses para calcular las variables explicativas, excepto el almacenamiento en acuíferos en cuencas impulsadas por el deshielo. Finalmente, los resultados muestran que las trayectorias de propagación de la sequía obtenidas con el Índice de Precipitación Estandarizado (SPI), el Índice de Humedad del Suelo Estandarizado (SSMI) y el SSI pueden cambiar drásticamente con la selección de la escala de tiempo. En general, este estudio subraya la necesidad de actuar con cautela al seleccionar índices de sequía estandarizados y escalas temporales asociadas, ya que su elección influye en la caracterización de los eventos, el monitoreo y los análisis de propagación.

artículo original

10.5194/hess-29-1981-2025

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METEOROLOGICAL DROUGHT

INDICATORS

CATCHMENT

WATER

MODELS

SCALES

FLUXES

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METEOROLOGICAL DROUGHT

INDICATORS

CATCHMENT

WATER

MODELS

SCALES

FLUXES

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Oceanografía, Hidrología y Recursos del Agua

Meteorología y Ciencias Atmosféricas

Geociencias

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WOS:001472014100001

Technical note: What does the Standardized Streamflow Index actually reflect? Insights and implications for hydrological drought analysis

artículo original

COPERNICUS GESELLSCHAFT MBH

HYDROLOGY AND EARTH SYSTEM SCIENCES

Geosciences, Multidisciplinary

Water Resources

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1027-5606

Fondo Nacional de Desarrollo Cientfico y Tecnolgico

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