Original paper

Dry and wet periods in the northwestern Maghreb for present day and future climate conditions

Born, Kai; Fink, Andreas H.; Paeth, Heiko

Meteorologische Zeitschrift Vol. 17 No. 5 (2008), p. 533 - 551

published: Oct 27, 2008

DOI: 10.1127/0941-2948/2008/0313

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Abstract

One urgent issue of climate research is the regional downscaling of global-scale climate scenarios. The present study, which is part of the research of the IMPETUS West-Africa project, shows an analysis of wet and dry periods in north-western Africa both from observed rainfall and from scenarios obtained from an ensemble study of the regional climate model REMO. One question is how different sources of data with different quality and different statistical characteristics can be interpreted with respect to the future development of rainfall variability. The Köppen climate classification of the very heterogeneous investigation area reveals a bias of the regional model climate scenarios towards dryer conditions. Three regions of similar rainfall variability are marked by a principal component analysis of rainfall data. For these three regions, homogenization is achieved by calculation of standardized precipitation indices (SPI). The SPI series are evaluated with respect to return times of sufficiently high/low values. For this purpose, an extreme value analysis using a fit of the generalized Pareto distribution (GPD) is compared with return values from empirical rainfall distributions. Despite the model bias, both analysis methods reveal a persistence and intensification of the observed climate shift towards shorter return times of stronger dry periods in climate scenarios under greenhouse gas forcing.

Kurzfassung

Ein dringendes Anliegen der Klimaforschung ist die Regionalisierung globaler Klimaszenarien. In der vorliegenden Studie, die im Rahmen von IMPETUS-Westafrika entstanden ist, wird eine Analyse von Trocken- und Feuchtperioden im nordwestlichen Afrika mit Hilfe von Niederschlagsbeobachtungen und Ensembles regionaler Klimaszenarien des Modells REMO dargestellt. Eine Frage ist hierbei, wie Datensätze unterschiedlicher Qualität und mit unterschiedlichen statistischen Charakteristiken in Hinblick auf die zukünftige Entwicklung der Niederschlagsvariabilität interpretiert werden können. Die Köppen-Klimaklassifikation des sehr heterogenen Untersuchungsgebietes zeigt eine systematische Verschiebung der REMO-Klimaszenarien zu trockeneren Bedingungen. Eine Hauptkomponentenanalyse der Niederschlagsbeobachtungen identifiziert drei Regionen unterschiedlicher Niederschlagsvariabilität. Eine Homogenisierung der Daten wird durch die Berechnung des Standardized Precipitation Index (SPI) für diese drei Regionen erzielt. Zeitreihen des SPI werden im Hinblick auf Wiederkehrzeiten besonders hoher/niedriger Indexwerte mit zwei Methoden untersucht: Einer Extremwertanalyse auf Basis der generalisierten Pareto Verteilung (GPD) und der einfacheren Berechnung der Wiederkehrzeiten aus empirischen Schätzungen der Niederschlags-Verteilungen. Trotz des systematischen Modellfehlers lassen beide Methoden für Treibhausgas-bedingte Klimaänderungen eine Fortsetzung und Intensivierung des beobachteten Trends zu kürzeren Wiederkehrzeiten stärkerer Trockenperioden erkennen.