A global analysis of the asymmetric effect of ENSO on extreme precipitation

Analyse de l'effet asymétrique de l'oscillation El Nino sur les pluies fortes à l'échelle du globe

X. Sun (1) , Benjamin Renard (2) , M. Thyer (3) , S. Westra (3) , M. Lang (2)

1 Earth Institute at Columbia University
2 UR HHLY - Hydrologie-Hydraulique
3 University of Adelaide

The global and regional influence of the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) phenomenon on extreme precipitation was analyzed using a global database comprising over 7000 high quality observation sites. To better quantify possible changes in relatively rare design-relevant precipitation quantiles (e.g. the 1 in 10 year event), a Bayesian regional extreme value model was used, which employed the Southern Oscillation Index (SOI) – a measure of ENSO – as a covariate. Regions found to be influenced by ENSO include parts of North and South America, southern and eastern Asia, South Africa, Australia and Europe. The season experiencing the greatest ENSO effect varies regionally, but in most of the ENSO-affected regions the strongest effect happens in boreal winter, during which time the 10-year precipitation for |SOI| = 20 (corresponding to either a strong El Niño or La Niña episode) can be up to 50% higher or lower than for SOI = 0 (a neutral phase). Importantly, the effect of ENSO on extreme precipitation is asymmetric, with most parts of the world experiencing a significant effect only for a single ENSO phase. This finding has important implications on the current understanding of how ENSO influences extreme precipitation, and will enable a more rigorous theoretical foundation for providing quantitative extreme precipitation intensity predictions at seasonal timescales. We anticipate that incorporating asymmetric impacts of ENSO on extreme precipitation will help lead to better-informed climate-adaptive design of flood-sensitive infrastructure.

Une base mondiale de données de précipitations sur 7000 sites a été utilisée pour étudier l’influence de l’oscillation El Nino sur les pluies extrêmes. Le quantile de pluie décennal a été estimé via une analyse bayésienne, avec une loi GEV calée à l’échelle régionale utilisant une co-variable SOI représentant la phase de l’oscillation El Nino (ENSO). Les parties du monde les plus influencées par ENSO sont situées en Amérique du Nord et du Sud, en Asie (Sud et Est), Afrique du Sud, Australie et Europe. La saison pendant laquelle l’effet ENSO est le plus sensible varie régionalement, mais est le plus souvent l’hiver boréal où par exemple la pluie décennale augmente de 50 % entre une phase active (|SOI| = 20) et une phase neutre (SOI = 0). Il apparaît que l’influence ENSO sur les pluies extrêmes est asymétrique, avec le plus souvent un impact prononcé seulement sur une des deux phases (El Nino ou La Lina).

Mots clés: Asymmetric relationship; Climate-informed model; GEV distribution; Bayesian regional modeling; ENSO; Extreme precipitation

Mots clés: PRECIPITATION ATMOSPHERIQUE; PLUIE EXTREME; STATISTIQUE BAYESIENNE

Domaines: Hydrologie; Climatologie

X. Sun, Benjamin Renard, M. Thyer, S. Westra, M. Lang. A global analysis of the asymmetric effect of ENSO on extreme precipitation. Journal of Hydrology, 2015, 530, pp.51-65. ⟨10.1016/j.jhydrol.2015.09.016⟩. ⟨hal-01700741⟩