Variability and trends of extreme dry and wet seasonal precipitation in Argentina: A retrospective analysis

Abstract

The variability in seasonal mean and extreme precipitation is analyzed for several regions of Argentina to the north of 39° S, using long-term monthly time series data which expand from 1860 to 2006. The selected locations can be considered as representative of different climatic regions. This work focuses on the analysis of monthly rainfall distribution, significant seasonal trends, changes in variance and extreme monthly values, in order to establish the magnitude of the seasonal climatic rainfall variability through time for central Argentina. A 40-yr moving window was employed in order to analyze seasonal variability of rainfall extremes. Extremes were computed for different probability levels of a theoretical distribution function over/below the 80th/20th percentile. The gamma distribution was selected among five other theoretical distributions, and the scale and shape parameters were computed using the maximum likelihood estimation (MLE) and the bootstrap method for 1000 resample data sets, as well. Trend analysis was performed for each window on winter and summer means and tested for significance. The use of a moving window allowed detecting the window of maximum absolute values for the trends. Research results show significant temporal shifts in seasonal rainfall distribution and return values (RV) that were computed for different frequencies (once every five, 10 and 20 years). Generally, summer precipitation extremes have become wetter for the whole region. Rainfall amounts for summer wet/dry extremes (W/D) corresponding to the 90th (for W) and 10th (for D) percentiles were subjected to significant increase, but depending on the geographical area this effect spreads slightly differently over records of years. A common-for-all-stations period of such summer increase trend in extreme values spans from the window 1921-1960 to the last window analyzed: 1967-2006. This behavior was not observed for north and west Argentina during winter, except for the region represented by Bahía Blanca, where the 10% D extreme has increased throughout the study period.

Translated abstract

Se analiza la variabilidad de la precipitación estacional en sus valores medios y extremos para varias regiones de Argentina al norte de 39° S, empleando series mensuales de lluvia que se extienden desde 1860 hasta 2006. Las estaciones seleccionadas pueden considerarse representativas de diferentes regiones climáticas del país. El análisis se focaliza en la distribución de la lluvia, la tendencia estacional, los cambios en la varianza y los valores extremos, a fin de establecer la magnitud de la variabilidad climática estacional de las lluvias en una perspectiva histórica en el centro de Argentina. Los valores extremos se calcularon para una ventana móvil de 40 años definiendo estos valores para los niveles mayores/menores a los percentiles 80/20 (p = 0.80/0.20; 0.90/0.10; 0.95/0.05) de la distribución teórica gamma, seleccionada entre otras cinco distribuciones. Los parámetros de escala y forma de la distribución se calcularon empleando la estimación de máxima verosimilitud (MLE) y el método de remuestreo (bootstraping) para 1000 repeticiones. Las tendencias estacionales se calcularon para cada ventana, al igual que su significación estadística. El uso de una ventana móvil permitió establecer el periodo de cuatro décadas en el cual se verificó el mayor valor de la tendencia, ya sea positiva o negativa. De los resultados se desprende que hubo desplazamientos en las distribuciones de lluvia estacional así como cambios en los valores de retorno (RV) que se calcularon para una ocurrencia de una vez cada 5, 10 y 20 años. En general, las lluvias extremas de verano se incrementaron para toda la región. Los valores extremos húmedo/seco (W/D) de la estación estival correspondientes a los percentiles 90/10 para W/D, respectivamente, sufrieron incrementos significativos de acuerdo con la zona geográfica y el periodo. Sin embargo, se menciona como rasgo particular del verano la existencia de un periodo común a todas las estaciones con tendencias positivas, que se inicia con la ventana 1921-1960 y permanece hasta la última ventana analizada: 1967-2006. Este comportamiento no se observa en la estación de invierno para el oeste y centro de Argentina excepto en la zona representada por Bahía Blanca, para la cual el extremo D (del 10%) se incrementó a lo largo de todo el periodo de estudio.