Recent accelerated climate change has exacerbated existing environmental problems in the Mediterranean Basin that are caused by the combination of changes in land use, increasing pollution and declining biodiversity. For five broad and interconnected impact domains (water, ecosystems, food, health and security), current change and future scenarios consistently point to significant and increasing risks during the coming decades. Policies for the sustainable development of Mediterranean countries need to mitigate these risks and consider adaptation options, but currently lack adequate information — particularly for the most vulnerable southern Mediterranean societies, where fewer systematic observations schemes and impact models are based. A dedicated effort to synthesize existing scientific knowledge across disciplines is underway and aims to provide a better understanding of the combined risks posed. Climate change, in combination with existing environmental issues, threatens the Mediterranean region. This Review highlights how climate change will interact with other factors to exacerbate five areas of risk unless there is mitigation and adaptation.

Abstract. There is growing concern that flooding is becoming more frequent and severe in Europe. A better understanding of flood regime changes and their drivers is therefore needed. The paper reviews the current knowledge on flood regime changes in European rivers that has traditionally been obtained through two alternative research approaches. The first approach is the data-based detection of changes in observed flood events. Current methods are reviewed together with their challenges and opportunities. For example, observation biases, the merging of different data sources and accounting for nonlinear drivers and responses. The second approach consists of modelled scenarios of future floods. Challenges and opportunities associated with flood change scenarios are discussed such as fully accounting for uncertainties in the modelling cascade and feedbacks. To make progress in flood change research, we suggest that a synthesis of these two approaches is needed. This can be achieved by focusing on long duration records and flood-rich and flood-poor periods rather than on short duration flood trends only, by formally attributing causes of observed flood changes, by validating scenarios against observed flood regime dynamics, and by developing low-dimensional models of flood changes and feedbacks. The paper finishes with a call for a joint European flood change research network.

Droughts can have strong environmental and socio-economic impacts in the Mediterranean region, in particular for countries relying on rain-fed agricultural production, but also in areas in which irrigation plays an important role and in which natural vegetation has been modified or is subject to water stress. The purpose of this review is to provide an assessment of the complexity of the drought phenomenon in the Mediterranean region and present various perspectives on drought in the present and under future climate change scenarios. The projections of various model experiments on future climate change scenarios strongly agree on an increased frequency and severity of droughts in the Mediterranean basin. Nevertheless, given the complexity of the phenomenon, with different types of droughts and complex interrelated impacts, significant future uncertainties remain. For example, uncertainties are stronger for hydrological droughts than meteorological droughts due to human influences and water withdrawal. Significant drought impacts are expected in the future, in particular for developing countries in the southern and eastern parts of the Mediterranean basin. To improve the resilience and adaptive capacities of societies and environments faced with drought, we aim to provide an overview of the key issues in research on climate change impacts on droughts, with a specific focus on the Mediterranean region, in order to: i) redefine more meaningful drought metrics tailored to the Mediterranean context, ii) better take into account vegetation and its feedback on droughts, iii) improve the modelling and forecasting of drought events through remote sensing and land surface models, and iv) promote a more integrated vision of droughts taking into account both water availability and water use. This overview reflects the complexity of the problem and the need to combine scientific research with adaptation solutions to deal with drought in the future.

The observed trend towards warmer and drier conditions in southern Europe is projected to continue in the next decades, possibly leading to increased risk of large fires. However, an assessment of climate change impacts on fires at and above the 1.5 °C Paris target is still missing. Here, we estimate future summer burned area in Mediterranean Europe under 1.5, 2, and 3 °C global warming scenarios, accounting for possible modifications of climate-fire relationships under changed climatic conditions owing to productivity alterations. We found that such modifications could be beneficial, roughly halving the fire-intensifying signals. In any case, the burned area is robustly projected to increase. The higher the warming level is, the larger is the increase of burned area, ranging from ~40% to ~100% across the scenarios. Our results indicate that significant benefits would be obtained if warming were limited to well below 2 °C. A warmer and drier climate will affect wildfire activity but the climate-fire relationship could change under warming. Here the authors use models with a non-stationary climate-fire relationship to show that to avoid doubling the burned area in the coming decades we must stay below 1.5 °C Paris target.

The Mediterranean countries are experiencing important challenges related to the water cycle, including water shortages and floods, extreme winds, and ice/snow storms, that impact critically the socioeconomic vitality in the area (causing damage to property, threatening lives, affecting the energy and transportation sectors, etc.). There are gaps in our understanding of the Mediterranean water cycle and its dynamics that include the variability of the Mediterranean Sea water budget and its feedback on the variability of the continental precipitation through air–sea interactions, the impact of precipitation variability on aquifer recharge, river discharge, and soil water content and vegetation characteristics specific to the Mediterranean basin and the mechanisms that control the location and intensity of heavy precipitating systems that often produce floods. The Hydrological Cycle in Mediterranean Experiment (HyMeX) program is a 10-yr concerted experimental effort at the international level that aims to advance the scientific knowledge of the water cycle variability in all compartments (land, sea, and atmosphere) and at various time and spatial scales. It also aims to improve the processes-based models needed for forecasting hydrometeorological extremes and the models of the regional climate system for predicting regional climate variability and evolution. Finally, it aims to assess the social and economic vulnerability to hydrometeorological natural hazards in the Mediterranean and the adaptation capacity of the territories and populations therein to provide support to policy makers to cope with water-related problems under the influence of climate change, by linking scientific outcomes with related policy requirements.

Abstract. This paper contains a preliminary analysis of flood risk in Mediterranean countries, conducted within the framework of the FLASH European Project. All flood events recorded between 1990 and 2006 in the Mediterranean region have been included in the study. Results of previous international projects (STORM, SPHERE, AMPHORE, RINAMED and MEDEX), as well as information provided by FLASH Project partners and data included in scientific papers were the main source used in building this database. All the above information had been dispersed in various places, and an attempt was made here to create, for the first time, a verified and complete single database for the entire Mediterranean region. The work analyses the spatial and temporal distribution of flood events, as well as their social impact, with special attention to certain case studies that have been analysed in detail.

Abstract Summer fires frequently rage across Mediterranean Europe, often intensified by high temperatures and droughts. According to the state-of-the-art regional fire risk projections, in forthcoming decades climate effects are expected to become stronger and possibly overcome fire prevention efforts. However, significant uncertainties exist and the direct effect of climate change in regulating fuel moisture (e.g. warmer conditions increasing fuel dryness) could be counterbalanced by the indirect effects on fuel structure (e.g. warmer conditions limiting fuel amount), affecting the transition between climate-driven and fuel-limited fire regimes as temperatures increase. Here we analyse and model the impact of coincident drought and antecedent wet conditions (proxy for the climatic factor influencing total fuel and fine fuel structure) on the summer Burned Area (BA) across all eco-regions in Mediterranean Europe. This approach allows BA to be linked to the key drivers of fire in the region. We show a statistically significant relationship between fire and same-summer droughts in most regions, while antecedent climate conditions play a relatively minor role, except in few specific eco-regions. The presented models for individual eco-regions provide insights on the impacts of climate variability on BA, and appear to be promising for developing a seasonal forecast system supporting fire management strategies.

Abstract As flood impacts are increasing in large parts of the world, understanding the primary drivers of changes in risk is essential for effective adaptation. To gain more knowledge on the basis of empirical case studies, we analyze eight paired floods, that is, consecutive flood events that occurred in the same region, with the second flood causing significantly lower damage. These success stories of risk reduction were selected across different socioeconomic and hydro‐climatic contexts. The potential of societies to adapt is uncovered by describing triggered societal changes, as well as formal measures and spontaneous processes that reduced flood risk. This novel approach has the potential to build the basis for an international data collection and analysis effort to better understand and attribute changes in risk due to hydrological extremes in the framework of the IAHSs Panta Rhei initiative. Across all case studies, we find that lower damage caused by the second event was mainly due to significant reductions in vulnerability, for example, via raised risk awareness, preparedness, and improvements of organizational emergency management. Thus, vulnerability reduction plays an essential role for successful adaptation. Our work shows that there is a high potential to adapt, but there remains the challenge to stimulate measures that reduce vulnerability and risk in periods in which extreme events do not occur.

Risk management has reduced vulnerability to floods and droughts globally1,2, yet their impacts are still increasing3. An improved understanding of the causes of changing impacts is therefore needed, but has been hampered by a lack of empirical data4,5. On the basis of a global dataset of 45 pairs of events that occurred within the same area, we show that risk management generally reduces the impacts of floods and droughts but faces difficulties in reducing the impacts of unprecedented events of a magnitude not previously experienced. If the second event was much more hazardous than the first, its impact was almost always higher. This is because management was not designed to deal with such extreme events: for example, they exceeded the design levels of levees and reservoirs. In two success stories, the impact of the second, more hazardous, event was lower, as a result of improved risk management governance and high investment in integrated management. The observed difficulty of managing unprecedented events is alarming, given that more extreme hydrological events are projected owing to climate change3.