Remote sensing-based assessment of the role of climate change, land use and land cover on drought in Nigeria - Espace pour le Développement Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Remote sensing-based assessment of the role of climate change, land use and land cover on drought in Nigeria

Évaluation par télédétection du rôle du changement climatique, de l'utilisation et de la couverture des sols sur la sécheresse au Nigeria

Résumé

Climate variability causes the hydroological system to be dynamic on a range of time scales. Putting strain on the system in the past through flood and drought situations. The effects of current climate variability may be exacerbated by anthropogenic global warming. The first attempt was to validate 16 satellite-based precipitation products (SPPs) comprising satellite, gauge and reanalysis datasets. The datasets were validated with the precipitation data from 11-gauge reference stations across Nigeria from 2000–2012. This became important after it was discovered that accurate and timely precipitation data for the study area was lacking. The Kling–Gupta efficiency (KGE) was used to test the product for correlation, bias and variability. The results revealed that the substantial SPP reliability varies spatially and temporally. It was discovered that all the SPPs performed better over part of central Nigeria during the dry season. When the real-time and adjusted satellite-based products were compared, the results showed that the adjusted products had a better KGE score. The Assessment also showed that the reliability of integrated multi-satellite retrievals for Global Precipitation Mission (IMERG) products was consistent with that of their predecessor Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) multi-satellite precipitation analysis (TMPA). Finally, the best overall scores were obtained from multi-source weighted-ensemble precipitation (MSWEP) v.2.2 and IMERG-F v.6. Both products are therefore suggested for further hydrological studies.Secondly, the Standard Precipitation Index (SPI) and the Standard Precipitation and Evapotranspiration Index (SPEI) were used to evaluate the drought situation across Nigeria between 1981-2019 to determine the strength and pattern of drought in the study area. SPI evaluates drought based solely on precipitation. SPEI, in contrast to SPI, considers both temperature and precipitation, partially accounting for the effects of global warming and climate change. The Assessment of the level of agreement between SPI and SPEI at various timescales, i.e. (3,6 and 12 months), revealed a high correlation of r=0.94. The Assessment revealed that there were intense drought episodes between 1982 to 1984. Several drought types were present across the study area and in all the timescales. The highest intensity was determined to have occurred in 1983. However, the last extreme drought event was determined in 2016. As a result, it was determined that the frequency of severe and extreme drought has recently reduced. However, the frequency of moderate droughts persists, especially at the 3-months timescales. According to the results of this study, there is generally a satisfactory agreement between SPI and SPEI ratings in the study area. Thirdly, the climatic influence on evapotranspiration (ET), a critical climate indicator in studying climate change due to its contribution to the hydrologic cycle and the energy balance, was assessed. The Assessment was to reveal the influence of climatic variables such as temperature, precipitation, solar radiation, and wind against evapotranspiration changes to determine their impacts on ET across Nigeria using the Mann–Kendall (MK) trend test estimator for trend detection. The MK results showed that solar radiation and temperature had more influence on the ET of the study area in terms of their correlation and magnitude.In conclusion, natural climate change is more prevalent despite anthropogenic activities’ large expanse of land use change. Solar radiation and temperature are the prominent factors exacerbating evapotranspiration in the study area. Additionally, the study area’s limited precipitation duration experience in the Sahel and Sudan Savannah ecological region aggravates hydroecological degradation.
La variabilité du climat a un effet sur le système hydrologique sur différentes échelles de temps. Il a été mis à rude épreuve dans le passé par des situations d'inondation et de sécheresse. La première tentative a été de valider 16 produits de précipitation par satellite (SPP) comprenant des données satellitaires, des jauges et des données de réanalyse. Les ensembles de données ont été validés avec les données de précipitation de 11 stations de référence à travers le Nigeria de 2000 à 2012. Ceci est devenu important après qu'il ait été découvert que les données de précipitation précises et opportunes pour la zone d'étude faisaient défaut. L'efficacité de Kling-Gupta (KGE) a été utilisée pour tester la corrélation, le biais et la variabilité du produit. Les résultats ont révélé que la fiabilité substantielle du SPP varie dans l'espace et dans le temps. Il a été découvert que tous les SPP sont plus performants sur une partie du centre du Nigeria pendant la saison sèche. Lorsque les produits satellitaires en temps réel et ajustés ont été comparés, les résultats ont montré que les produits ajustés avaient un meilleur score KGE. L'évaluation a également montré que la fiabilité des récupérations multi-satellites intégrées pour les produits IMERG (Global Precipitation Mission) était cohérente avec celle de leur prédécesseur TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission), l'analyse multi-satellites des précipitations (TMPA). Enfin, les meilleurs résultats globaux ont été obtenus avec les produits multi-source weighted-ensemble precipitation (MSWEP) v.2.2 et IMERG-F v.6.Deuxièmement, l'Indice Standard de Précipitation (SPI) et l'Indice Standard de Précipitation et d'Evapotranspiration (SPEI) ont été utilisés pour évaluer la situation de sécheresse à travers le Nigeria entre 1981-2019 afin de déterminer la force et le modèle de sécheresse dans la zone d'étude. L'indice SPI évalue la sécheresse en se basant uniquement sur les précipitations. Le SPEI, contrairement au SPI, prend en compte à la fois la température et les précipitations, rendant partiellement compte des effets du réchauffement global et du changement climatique. L'évaluation du niveau de concordance entre SPI et SPEI à différentes échelles de temps, c'est-à-dire (3,6 et 12 mois), a révélé une corrélation élevée de r=0.94. L'évaluation a révélé qu'il y a eu des épisodes de sécheresse intense entre 1982 et 1984. Plusieurs types de sécheresse étaient présents à travers la zone d'étude et dans toutes les échelles de temps. L'intensité la plus élevée a été déterminée comme ayant eu lieu en 1983. Cependant, le dernier épisode de sécheresse extrême a été déterminé en 2016. Par conséquent, il a été déterminé que la fréquence des sécheresses sévères et extrêmes a récemment diminué. Cependant, la fréquence des sécheresses modérées persiste, surtout aux échelles de temps de 3 mois. Selon les résultats de cette étude, il existe généralement une concordance satisfaisante entre les cotes SPI et SPEI dans la zone d'étude. Troisièmement, l'influence climatique sur l'évapotranspiration (ET), un indicateur climatique critique dans l'étude du changement climatique en raison de sa contribution au cycle hydrologique et au bilan énergétique, a été évaluée. L'évaluation visait à révéler l'influence des variables climatiques telles que la température, les précipitations, le rayonnement solaire et le vent sur les changements de l'évapotranspiration afin de déterminer leurs impacts sur l'ET à travers le Nigeria en utilisant l'estimateur du test de tendance de Mann-Kendall (MK) pour la détection des tendances. Les résultats de MK ont montré que le rayonnement solaire et la température avaient plus d'influence sur l'ET de la zone d'étude en termes de corrélation et de magnitude.En conclusion, le changement climatique naturel est plus prévalent malgré la grande étendue des activités anthropiques de changement d'utilisation des terres.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04032405 , version 1 (16-03-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04032405 , version 1

Citer

Pius Nmamdi Nwachukwu. Remote sensing-based assessment of the role of climate change, land use and land cover on drought in Nigeria. Signal and Image processing. Université de Perpignan, 2022. English. ⟨NNT : 2022PERP0035⟩. ⟨tel-04032405⟩
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