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Understanding the link between ENSO and drought over Southern Africa Michelle Gore 1 , Babatunde Abiodun 1 and Fred Kucharski 2 1 Climate


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SLIDE 1

Understanding ¡the ¡link ¡ ¡ between ¡ENSO ¡and ¡drought ¡ ¡

  • ver ¡Southern ¡Africa ¡

Michelle ¡Gore ¡1, ¡Babatunde ¡Abiodun ¡1 ¡ ¡ and ¡Fred ¡Kucharski ¡2 ¡

1 ¡Climate ¡Systems ¡Analysis ¡Group ¡(CSAG), ¡Department ¡of ¡Environmental ¡& ¡Geographical ¡Science, ¡ ¡

University ¡of ¡Cape ¡Town, ¡South ¡Africa ¡

2 ¡InternaDonal ¡Centre ¡for ¡TheoreDcal ¡Physics ¡(ICTP), ¡Trieste, ¡Italy ¡

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SLIDE 2
  • Crop failures and livestock losses
  • High economic and agricultural losses
  • Food shortages
  • Socio-economic impacts
  • Water scarcity for human and animal

consumption

  • Waterborne diseases

Impact of Drought in Southern Africa

(FEWS, 2016)

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SLIDE 3

Rainfall in Southern Africa

  • northern region receives the highest rainfall,

whilst the south western region receives the lowest rainfall.

  • austral summer (DJF) is the wet season

¡

(van Wyk, van Tonder & Vermeulen, 2011)

¡

  • ITCZ
  • Tropical temperate troughs
  • Cut-off lows
  • Mid-latitude cyclones
  • Angolan/Kalahari low pressure belt

¡

¡

Synoptic Systems

(Johnson, 2013)

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El Niño Southern Oscillation in Southern Africa

El Niño events = drought La Niña events = pluvial ¡

¡

Figure 1 – Circulation patterns over Southern Africa associated with El Niño and La Niña phases (Tyson & Preston-Whyte, 2000)

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¡ ¡ ¡ ¡ ¡

¡ ¡ ¡ ¡

¡ ¡ ¡ 0.8 ¡ 0.4 ¡ 0.2 ¡ 0.1 ¡ 0 ¡

  • ­‑0.1 ¡
  • ­‑0.2 ¡
  • ­‑0.4 ¡
  • ­‑0.8 ¡

El ¡Niño ¡SST ¡Pa>erns ¡ La ¡Niña ¡SST ¡Pa>erns ¡

Figure 2 - Composite SST anomaly for El Niño and La Niña phases during September – February 1950-2010 identified by Johnson (2013) (as cited in Hoell et al., 2014)

Patterns of ENSO

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16 ¡ 8 ¡ 4 ¡ 2 ¡ 0 ¡

  • ­‑2 ¡
  • ­‑4 ¡
  • ­‑8 ¡
  • ­‑16 ¡

El ¡Niño ¡Events ¡ ¡ La ¡Niña ¡Events ¡ ¡

Figure 3 - Composite precipitation anomalies (cm) for El Niño and La Niña phases during DJFM 1950-2010 (Hoell et al., 2014).

Precipitation Anomalies over Southern Africa associated with each ENSO pattern

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Standardized Precipitation Evapotranspiration Index

takes into account both precipitation and potential evapotranspiration (proportional to temperature).

Figure 4 – The correlation between ENSO and climate variables (rainfall, temperature and SPEI over a) Limpopo (LP) b) North-western South Africa (NS) and c) Northeastern Tanzania (NT) (adapted from Meque & Abiodun, 2015) .

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Aim

To investigate the link between the different ENSO patterns and drought over Southern Africa using ICTPAGCM (SPEEDY)

Objectives

  • Evaluate SPEEDY (t63) over Southern Africa.
  • Impose SST anomaly patterns onto the model in order

to examine how each ENSO pattern influences drought (SPEI) over Southern Africa.

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Experiment Set-up

  • Model Data: ICTPAGCM SPEEDY
  • Horizontal resolution (T63) ~ 1.875° x 1.875°

(Molteni, 2003; Kucharski, Molteni and Bracco, 2006)

  • Observed Data: Climate Research Unit (CRU TS3.24.01)
  • Monthly climate data
  • Horizontal resolution ~ 0.5° x 0.5

Ø Evaluate climate variables

– DJF 1970 – 2010 single simulation – Bias, RMSE and correlation (spatial and temporal) – temperature (mean, maximum, minimum), precipitation, potential evapotranspiration, moisture balance and SPEI.

Ø Capability to simulate ENSO patterns ¡

¡ ¡

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Temperature (DJF)

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Climate Moisture Balance (DJF)

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DJF 3-month SPEI

1970 ¡ 1980 ¡ 1990 ¡ 2000 ¡

CRU ¡ SPEEDY ¡

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(Hoell et al., 2014)

Capability to Simulate ENSO Patterns

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El Niño Patterns

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La Niña Patterns

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  • SPEEDY simulates a warm bias over the majority of

Southern Africa

  • Higher PET values limits the efficiency of SPEEDY in

simulating the moisture balance and SPEI

  • Correlation is quite weak when simulating the ENSO patterns
  • Next steps… look at geopotential height and pressure fields
  • Look at ways to improve the performance of the model before

conducting sensitivity tests and imposing the SST anomaly patterns.

Conclusions