Climate change of extreme precipitation events in South America : the role of the El Niño-Southern Oscillation change

Abstract

Resumo: Eventos extremos de precipitação que causam desastres naturais—incluindo inundações, tempestades e deslizamentos de terra—estão aumentando em frequência e intensidade, causando impactos severos na sociedade. Esses eventos resultam em mortalidade, danos econômicos massivos e deslocamento populacional em larga escala. O objetivo deste estudo é produzir resultados robustos e acionáveis sobre as mudanças futuras de eventos extremos de precipitação, utilizando projeções climáticas de modelos escolhidos. Isso é feito por meio da análise das mudanças na frequência e intensidade de eventos extremos e da investigação de como as mudanças climáticas podem alterá-las na América do Sul (AS). Além disso, examina-se em que medida essas mudanças são mediadas por modificações nos impactos relacionados ao El Niño-Oscilação Sul (ENOS). Dados diários obsevados de precipitação para o período de 1979-2014 são usados para estabelecer o comportamento das influências do ENOS sobre eventos extremos, definido usando um limiar suavizado do percentil 90 da precipitação diária. Estes resultados são comparados com simulações de quatro modelos climáticos globais do CMIP6 (CESM2, EC-Earth3, MIROC6 e MRI-ESM2-0), sob o cenário de altas emissões SSP5-8.5. Esses modelos foram escolhidos com base em sua capacidade de simular a climatologia da AS, o ENOS e suas teleconexões com a AS. A análise foi realizada com resolução temporal mensal e resolução espacial de 1°×1° para capturar as fortes características sazonais e regionais das respostas de precipitação extrema. Os resultados mostram que o ENOS modula significativamente a frequência de eventos de precipitação extrema na AS, com sinais mais fortes e espacialmente mais coerentes do que os encontrados para a intensidade dos eventos. Eventos El Niño (EN) aumentam a frequência de extremos no sudeste da AS durante a primaveraeoverão austral, enquanto reduzem os extremos no nordeste do Brasil durante a estação chuvosa. La Niña (LN) geralmente produz efeitos opostos, porém mais fracos. Os conjuntos de modelos climáticos reproduzem os principais padrões observados relacionados ao ENOS, embora com vieses regionais, particularmente ao longo da costa oeste da AS. As projeções futuras (2065-2100) indicam um aumento generalizado tanto na frequência quanto na intensidade de eventos extremos de precipitação, especialmente no sudeste e centro-leste da AS. As mudanças durante os anos de ENOS sugerem um possível fortalecimento dos impactos relacionados ao EN e um enfraquecimento da influência de LN em algumas regiões, embora haja uma intensificação geral do ciclo de precipitação. Composições de anomalias da circulação atmosférica e do transporte de umidade confirmam que os modelos são capazes de reproduzir os mecanismos em larga escala associados a eventos extremos. Essas descobertas destacam a importância de se considerar a modulação do ENOS ao avaliar os riscos climáticos futuros relacionados à precipitação extrema na AS

Abstract: Extreme precipitation events that cause natural disasters—including floods, storms, and landslides—are increasing in frequency and intensity, causing severe, multifaceted impacts on society. These events drive significant mortality, massive economic damages, and widespread population displacement. The objective of this study is to produce robust and actionable results on the future changes of extreme precipitation events, using climate projections from selected models. This is done by analyzing the changes in the frequency and intensity of extreme precipitation events, and investigating how climate change may alter them in South America (SA). As well as, examining the extent to which these changes are mediated by modifications in El Niño-Southern Oscillation (ENSO) related impacts. Observed daily precipitation data for the period 1979–2014 are used to establish a baseline behavior of ENSO influences on extreme events, defined using a smoothed 90th percentile threshold of daily rainfall. These results are compared with simulations from four CMIP6 global climate models (CESM2, EC-Earth3, MIROC6, and MRI-ESM2-0), under the high emissions SSP5-8.5 scenario, they were chosen based on their skill in simulating the climatology of SA, ENSO and its teleconnections with SA. The analysis is performed at a monthly temporal resolution and 1°×1° spatial resolution to capture the strong seasonal and regional characteristics of extreme precipitation responses. The results show that ENSO significantly modulates the frequency of extreme precipitation events across SA, with stronger and more spatially coherent signals than those found for event intensity. El Niño (EN) events increase the frequency of extremes over southeastern SA during austral spring and summer, while reducing extremes over northeastern Brazil during its rainy season. La Niña (LN) generally produces opposite but weaker effects. Climate model ensembles reproduce the main observed ENSO-related patterns, although with regional biases, particularly along the western coast of SA. Future projections (2065-2100) indicate a widespread increase in both the frequency and intensity of extreme precipitation events, especially over southeastern and central-eastern SA. Changes during ENSO years suggest a possible strengthening of EN-related impacts and a weakening of LN influence in some regions, although there is a general intensification of the precipitation cycle. Anomaly composites of atmospheric circulation and moisture transport confirm that models are able to reproduce the large-scale mechanisms associated with extreme events. These findings highlight the importance of considering ENSO modulation when assessing future climate risks related to extreme precipitation in SA