CMIP5 drought projections in Canada based on the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index

Abstract

Drought projections on seasonal to annual time scales are presented for Canada over the twenty-first century, based on the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI). Results make use of bias-corrected temperature and precipitation projections from 29 global climate models participating in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5), and include three different forcing scenarios (RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5). Large differences in projected drought changes are observed among different regions. On the annual time scale, southwestern Canada and the Prairies may experience an increase in drying under a warmer climate. On the other hand, coastal regions, including northern Canada, the northwest Pacific coast and the Atlantic region, show a small increase in wetness. Winter and spring SPEI results depict an increase in wetting, reflecting the projected country-wide winter and spring precipitation increases under climate change. For the most part, autumn and summer show increases in drying. The largest relative changes in both summer drying and winter wetting were found over northern regions, but the offsetting seasonal effects typically balance out to yield various degrees of wetting on the annual scale for this region. The projected drought responses are relatively modest in the weak forcing scenario (RCP2.6) for most Canadian regions. In addition, even for regions most affected, a marked increase in surface water deficit might not occur until the second half of this century. Inter-model variation (a crude measure of projection uncertainty) typically increases with forcing intensity and lead time, and is generally greater in northern and western Canada.

Abstrait

Les prévisions de sécheresse au cours du vingt-et-unième siècle sont présentées pour le Canada sur des échelles saisonnières à annuelles, en fonction de l’indice normalisé de précipitations et d’évapotranspiration (SPEI). Les résultats sont fondés sur les prévisions de température et de précipitations à biais corrigé de 29 modèles climatiques mondiaux participant à la phase 5 du projet d’intercomparaison des modèles couplés (CMIP5), et comprennent trois scénarios de forçage différents (RCP2.6, RCP4.5 et RCP8.5). De grandes différences dans les changements prévus en matière de sécheresse sont observées entre les diverses régions. Sur l’échelle annuelle, le sud-ouest du Canada et les Prairies pourraient connaître une augmentation des conditions sèches sous un climat plus chaud. Par contre, les régions côtières, y compris le nord du Canada, la côte nord-ouest du Pacifique et la région de l’Atlantique, montrent une légère augmentation des conditions humides. Les résultats de l’hiver et du printemps du SPEI montrent une augmentation des conditions humides, ce qui reflète l’augmentation prévue des précipitations hivernales et printanières à l’échelle du pays en raison des changements climatiques. Dans l’ensemble, l’automne et l’été montrent une augmentation des conditions de sécheresse. Les changements relatifs les plus importants dans les conditions sèches estivales et les conditions humides hivernales ont été observés dans les régions nordiques, mais les effets saisonniers compensatoires s’équilibrent habituellement pour produire divers degrés de précipitations à l’échelle annuelle pour cette région. Les réponses prévues à la sécheresse sont relativement modestes dans le scénario de forçage le plus faible (RCP2.6) pour la plupart des régions canadiennes. En outre, même pour les régions les plus touchées, une augmentation marquée du déficit en eau de surface pourrait ne pas se produire avant la deuxième moitié du présent siècle. La variation entre les modèles (une mesure brute de l’incertitude des prévisions) augmente habituellement avec l’intensité du forçage et le délai, et elle est généralement plus grande dans le nord et l’ouest du Canada.

Keywords:

• Drought
• Standardized Precipitation Evapotranspiration Index
• climate scenarios
• CMIP5
• water balance

Acknowledgements

We thank Xuebin Zhang and the anonymous reviewers for their review and constructive comments that helped improve the manuscript. We acknowledge the international modelling centres, the Program for Climate Model Diagnosis and Intercomparison, the World Climate Research Program, and Coupled Model Intercomparison Project phase 5 for their roles in making available global climate model (GCM) datasets.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.