Original paper

Assessment of climate dynamics in the Okavango region using high-resolution ERA-40 reanalysis data

[Bewertung der Klimadynamik in der Okavango-Region unter Verwendung von hochauflösenden ERA-40 Reanalyse-Daten]

Weber, Torsten; Helmschrot, Jörg; Berndt, Ronny; Jacob, Daniela

Abstract

The Okavango River is the major water source for fauna and flora as well as for people settling along the river. It originates in the rainy Bié Plateau in Angola, touches the northeastern part of Namibia with its savanna woodlands and terminates in a delta situated in the Kalahari Desert in Botswana. Because of the water scarcity in the downstream areas, moisture transport and resulting precipitation are of special importance for this region. Therefore, the aim of this study is to analyse the climate dynamics including the vertically integrated moisture transport in the Okavango region between 1960 and 2000 using ERA-40 reanalysis data. For this purpose a hindcast simulation with the regional climate model REMO is performed in order to downscale the reanalysis data to a high horizontal resolution of about 25 × 25 km. The findings show a pronounced moisture flow into the Okavango region from the southwest Indian Ocean and from the low latitudes south of the equator during the austral summer. This flow regime is governed by the Angolan low pressure system and the southward moved intertropical convergence zone (ITCZ). The climatological water budget (precipitation minus evapotranspiration) is slightly positive in the austral spring and distinct positive in summer, but it is strongly negative in the austral autumn and less negative in winter. Since the Okavango River is located south of the equator, the spatial distribution of the mean annual precipitation exhibits a clear gradient of about 1. 100 mm in the extreme north of the Angolan part and about 200 mm in the most southwesterly Namibian part of the catchment. The annual mean temperature in the catchment changes between 19 to 22°C in the mountainous areas and between 24 to 26°C in the downstream areas including the Okavango Delta as a result of the topography. The analysis of spatially averaged annual mean temperature time series for three latitudes across the Okavango catchment indicate an increase of 0. 8°C over the time period 1960 to 2000. An increase in the simulated precipitation in the region is not confirmed by other data sources.

Kurzfassung

Der ephemere Okavango, der seinen Zufluss fast ausschließlich aus den Bergen des angolanischen Hochlandes erhält, ist die Hauptwasserquelle für die Flora und Fauna wie auch die in Flussnähe lebende Bevölkerung. Aufgrund seiner saisonalen Abflussdynamik ist die raum-zeitliche Dynamik des Feuchtetransports und der daran gekoppelten Niederschläge für die Region von besonderer Bedeutung. Vor diesem Hintergrund war es Ziel dieser Studie, die Klimadynamik der Okavango Region unter Berücksichtigung des vertikal integrierten Feuchtetransports auf der Basis von ERA-40 Reanalyse-Daten für den Zeitraum zwischen 1960 und 2000 zu analysieren. Das Downscaling der ERA-40 Daten wurde durch Modellsimulationen mit dem regionalen Klimamodell REMO durchgeführt, wodurch die Klimainformation in einer hohen räumlichen Auflösung von 25 × 25 km zur Verfügung stand. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass im südhemisphärischen Sommer ein deutlicher Feuchtetransport vom südwestlichen Indischen Ozean und niederen Breiten südlich des Äquators in das Okavango Einzugsgebiet stattfindet. Diese Dynamik wird durch das saisonal auftretende Angola-Tiefdruckgebiet und die südlich gerichtete Innertropische Konvergenzzone (ITC) gesteuert. Die klimatische Wasserbilanz (Niederschlag minus Verdunstung) ist im südhemisphärischen Frühling leicht und im Sommer stark positiv, zeigt aber im Herbst eine deutlich negative und in den Wintermonaten leicht negative Ausprägung. Aufgrund der südlichen Lage zum Äquator zeigt sich im Okavango Einzugsgebiet ein deutlicher Niederschlagsgradient mit 1. 100 mm im nördlichen und 200 mm im südwestlichen Teil des Einzugsgebiets. Die mittlere Jahrestemperatur variiert zwischen 19 und 22°C im angolanische Hochland und 24 bis 26°C im mittleren Einzugsgebiet und im Okavango Delta. Die Analyse der mittleren Temperatur entlang verschiedener Breitengeraden zeigt einen deutlichen Anstieg von 0, 8°C im Zeitraum von 1960 bis 2000 in der gesamten Region. Einen Anstieg des simulierten Niederschlags in der Region wird durch andere Datenquellen nicht bestätigt.

Keywords

ClimateERA-40 reanalysis dataAfricaOkavango Riververtically integrated moisture fluxKlimaOkavangovertikal integrierter Feuchtetransport