Downscaling of Precipitation over Vancouver Island using a Synoptic Typing Approach

A statistical downscaling technique is employed to link atmospheric circulation produced by an ensemble of global climate model (GCM) simulations over the twenty-first century to precipitation recorded at weather stations on Vancouver Island. Relationships between the different spatial scales are established with synoptic typing, coupled with non-homogeneous Markov models to simulate precipitation intensity and occurrence. Types are generated from daily precipitation observations spanning 1971 to 2000. Atmospheric predictors used to influence the Markov models are derived from two versions of GCM output: averages of GCM grid cells selected by correlation maps of circulation and precipitation data and an approach involving common Empirical Orthogonal Functions (EOFs) calculated from GCM output over the northeast Pacific Ocean. Projections for 2081 to 2100 made using averaged grid cells find that winter (November–February) precipitation anomalies produce modestly positive values, with gains of 7.5% in average precipitation, typical increases of 9.0% rising to 20% in the case of high-intensity precipitation, and little spatial dependence. In contrast, average and high-intensity summer precipitation (June–September) decline negligibly at most island weather stations with the exception of those in the southwestern sections, which experience reductions of 15% relative to 1971 to 2000. Projections made using common EOFs display a strong spatial dependence. Future winter precipitation is expected to increase only on the west coast of the island by 11%, on average, while the southeastern coast will experience decreases of 5% to 10%. The same pattern repeats in summer, though with negligible increases on the west coast and declines of 12% to 16% on the southeastern coast. The reliability of this novel EOF method remains to be confirmed definitively, however. In both seasons precipitation occurrence decreases slightly at all stations with declines in the total days with measurable precipitation ranging from 2% to 8%.

RÉSUMÉ Traduit par la rédaction] Nous employons une technique statistique de réduction d’échelle pour lier la circulation atmosphérique produite par un ensemble de simulations du GCM (Global Climate Model) durant le XXI^e siècle aux précipitations enregistrées à des stations météorologiques sur l’île de Vancouver. Les relations entre les différentes échelles spatiales sont établies au moyen d'un typage synoptique couplé avec des modèles markoviens non homogènes pour simuler l'intensité et la fréquence des précipitations. Les types sont générés à partir des observations quotidiennes de précipitations au cours de la période 1971–2000. Les prédicteurs atmosphériques utilisés pour influencer les modèles markoviens sont dérivés de deux versions de sorties du GCM : les moyennes de mailles du GCM sélectionnées par tables de corrélation des données de circulation et de précipitations et une approche fondée sur les fonctions orthogonales empiriques (EOF) communes calculées d'après la sortie du GCM pour le nord-est du Pacifique. Les projections pour la période 2081–2100 basées sur des moyennes de mailles montrent que les anomalies de précipitations hivernales (novembre–février) produisent de faibles valeurs positives, avec des gains de 7.5% dans les précipitations moyennes, des accroissements caractéristiques de 9.0% augmentant à 20% dans le cas des précipitations de forte intensité, et peu de dépendance spatiale. En revanche, les précipitations estivales (juin–septembre) moyennes et de forte intensité diminuent de façon négligeable à la plupart des stations météorologiques de l’île, à l'exception de celles situées dans secteur sud-ouest qui subissent une réduction de 15% par rapport à 1971–2000. Les projections faites à l'aide des fonctions orthogonales empiriques communes exhibent une forte dépendance spatiale. Les précipitations hivernales futures devraient augmenter seulement sur la côte ouest de l’île de 11% en moyenne alors que la côte sud-est connaîtra des diminutions de 5 à 10%. La même configuration se répète en été, bien qu'avec des accroissements négligeables sur la côte ouest et des diminutions de 12 à 16% sur la côte sud-est. La fiabilité de cette nouvelle méthode EOF reste toutefois à établir. Dans les deux saisons, la fréquence des précipitations diminue légèrement à toutes les stations, les diminutions du nombre total de jours avec précipitations mesurables variant entre 2 et 8%.