Drought is a complex natural hazard that affects ecological and human systems, often resulting in substantial environmental and economic losses. Recent increases in drought severity, frequency, and duration underscore the need for effective monitoring and mitigation strategies. Predicting drought impacts rather than drought conditions alone offers opportunities to support early warning systems and proactive decision-making. This study applies machine learning techniques to link drought indices with historical drought impact records (2005:2024) to generate short-term impact forecasts. By addressing key conceptual and data-driven challenges regarding temporal scale and impact quantification, the study aims to improve the predictability of drought impacts at actionable lead times. The Drought Severity and Coverage Index (DSCI) and the Evaporative Stress Index (ESI) were combined with impact data from the Drought Impact Reporter (DIR) to model and forecast weekly drought impacts. Results indicate that Fire and Relief impacts were predicted with the highest accuracy, followed by Agriculture and Water, while forecasts for Plants and Society impacts showed greater variability. County and state level forecasts for New Mexico were produced using an eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) model that incorporated both DSCI and ESI. The model successfully generated forecasts up to eight weeks in advance using the preceding eight weeks of data for most impact categories. This work supports the development of an Ecological Drought Information Communication System (EcoDri) for New Mexico and demonstrates the potential for broader application in similar drought-prone regions. The findings can aid stakeholders, land managers, and decision-makers in developing and implementing more effective drought mitigation and adaptation strategies.


翻译:干旱是一种复杂的自然灾害,影响生态系统和人类系统,常导致严重的环境与经济损失。近期干旱严重性、频率和持续时间的增加凸显了有效监测与缓解策略的必要性。预测干旱影响而非仅预测干旱状况,为支持预警系统和主动决策提供了机遇。本研究应用机器学习技术,将干旱指数与历史干旱影响记录(2005-2024)相关联,以生成短期影响预报。通过解决关于时间尺度和影响量化的关键概念性与数据驱动挑战,本研究旨在提高可操作预见期内干旱影响的可预测性。研究结合干旱严重程度与覆盖指数(DSCI)和蒸发胁迫指数(ESI),以及来自干旱影响报告器(DIR)的影响数据,对每周干旱影响进行建模与预报。结果表明,火灾与救援影响的预测准确率最高,其次是农业与水影响,而植物与社会影响的预报显示出更大的变异性。研究使用融合了DSCI与ESI的极端梯度提升(XGBoost)模型,生成了新墨西哥州县和州级别的预报。该模型利用前八周的数据,成功对大多数影响类别生成了提前八周的预报。此项工作支持了新墨西哥州生态干旱信息通信系统(EcoDri)的开发,并展示了在类似干旱易发地区更广泛应用的潜力。研究结果可帮助利益相关者、土地管理者和决策者制定并实施更有效的干旱缓解与适应策略。

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