Rare ground data confirm significant warming and drying in western equatorial Africa

Published in PeerJ, 2020

Recommended citation: Bush, E.R., Jeffery, K., Bunnefeld, N., Tutin, C., Musgrave, R., Moussavou, G., Mihindou, V., Malhi, Y., Lehmann, D., Ndong, J.E. and Makaga, L., 2020. Rare ground data confirm significant warming and drying in western equatorial Africa. PeerJ, 8, p.e8732 https://peerj.com/articles/8732/

Abstract

Background. The humid tropical forests of Central Africa influence weather worldwide and play a major role in the global carbon cycle. However, they are also an ecological anomaly, with evergreen forests dominating the western equatorial region despite less than 2,000 mm total annual rainfall. Meteorological data for Central Africa are notoriously sparse and incomplete and there are substantial issues with satellite-derived data because of persistent cloudiness and inability to ground-truth estimates. Long-term climate observations are urgently needed to verify regional climate and vegetation models, shed light on the mechanisms that drive climatic variability and assess the viability of evergreen forests under future climate scenarios. Methods. We have the rare opportunity to analyse a 34 year dataset of rainfall and temperature (and shorter periods of absolute humidity, wind speed, solar radiation and aerosol optical depth) from Lopé National Park, a long-term ecological research site in Gabon, western equatorial Africa. We used (generalized) linear mixed models and spectral analyses to assess seasonal and inter-annual variation, long-term trends and oceanic influences on local weather patterns. Results. Lopé’s weather is characterised by a cool, light-deficient, long dry season. Long-term climatic means have changed significantly over the last 34 years, with warming occurring at a rate of +0.25 °C per decade (minimum daily temperature) and drying at a rate of −75 mm per decade (total annual rainfall). Inter-annual climatic variability at Lopé is highly influenced by global weather patterns. Sea surface temperatures of the Pacific and Atlantic oceans have strong coherence with Lopé temperature and rainfall on multi-annual scales. Conclusions. The Lopé long-term weather record has not previously been made public and is of high value in such a data poor region. Our results support regional analyses of climatic seasonality, long-term warming and the influences of the oceans on temperature and rainfall variability. However, warming has occurred more rapidly than the regional products suggest and while there remains much uncertainty in the wider region, rainfall has declined over the last three decades at Lopé. The association between rainfall and the Atlantic cold tongue at Lopé lends some support for the ‘dry’ models of climate change for the region. In the context of a rapidly warming and drying climate, urgent research is needed into the sensitivity of dry season clouds to ocean temperatures and the viability of humid evergreen forests in this dry region should the clouds disappear.


Abstract (French)

Introduction. Les forêts tropicales d’Afrique Centrale ont une influence sur le climat mondial et joue un rôle majeur dans le cycle global du carbone. Pourtant, ces sont des anomalies écologiques puisque ces forêts vertes dominent la région équatoriale de l’ouest malgré des pluies annuelle de moins de 2000 mm. Les données météorologiques d’Afrique Centrale sont connues pour être temporellement et géographiquement incomplètes. Les données climatiques de surface dérivées des données satellites sont souvent inexploitables au vu du couvert nuageux. Les observations climatiques sur le long terme sont donc urgemment nécessaires afin de confronter les différents modèles évolutifs du climat et de la végétation mettant en lumières les mécanismes de variation climatiques et de la survie de ces forêts dans un contexte de réchauffement climatique. Méthodes. Nous avons eu l’opportunité rare d’analyser 34 années de données de précipitation et de température collectées dans le Parc National de La Lopé au centre du Gabon (et des périodes plus courtes d’humidité absolue, de vitesse du vent, de radiation solaire et de profondeur optique des aérosols dans l’atmosphère). Nous avons utilisé des modèles (généralisés) linéaire mixes et des analyses spectrales afin d’observer les variation saisonnières et interannuelles, les tendance climatiques sur le long-terme ainsi que l’influence de l’océan sur le comportement du climat local. Résultats. Le climat de La Lopé est caractérisé par une longue saison sèche, froide à faible luminosité. Les moyennes climatiques ont changé de manière significative durant les trois dernières décennies, avec un réchauffement observé de +0.25 °C par décennie (température minimale journalière) and un taux d’assèchement de -75 mm par décennie (précipitation annuelle totale). La variabilité interannuelle à Lopé est fortement influencée par les conditions météorologiques. Les températures de la surface de les océans Pacifique et Atlantique sont fortement cohérentes avec la température de la Lopé et les précipitations sur une échelle de temps multi-annuelle. Conclusions. Le relevé météorologique à long terme de la Lopé n’a pas été rendu public auparavant et est d’une grande valeur dans une région pauvre en données. Nos résultats appuient les analyses régionales de la saisonnalité climatique, du réchauffement à long terme et des influences des océans sur la variabilité des températures et des précipitations. Cependant, le réchauffement s’est produit plus rapidement que ne le suggèrent les produits régionaux et bien qu’il reste beaucoup d’incertitude dans la région élargie, les précipitations ont diminué au cours des trois dernières décennies à Lopé. Les données de la Lopé supportent l’hypothèse de « la langue froide » dans les modèles sec de changement climatique pour la région. Dans un contexte de réchauffement et d’assèchement rapide du climat, des recherches additionnelles portant sur la variabilité du couvert nuageux en fonction des températures océaniques sont urgemment nécessaires afin de prédire la survie des forets vertes dans cette région sèche si les nuages venaient à disparaitre.