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1. AMMA-CATCH, a critical zone observatory in West Africa monitoring a megion in transition

Author

Galle, Sylvie, Grippa, M., Bouzou Moussa, I., Cappelaere, B., Demarty, J., Mougin, E., Panthou, G., Adjomayi, P., Bâ, A., Boucher, M., Cohard, J, Descloitres, Marc, Descroix, Luc, Abdou, Malam, Malam-Issa, Oumarou, Agbossou, E., Cohard, M., 14, Sambou, Vouillamoz, J-M, Chazarin, J-P, 11, Mamane, Peugeot, C., Diawara, M., Dossou, M., Favreau, G., Gangneron, F., Gosset, M., Hector, B., Hiernaux, P., Issoufou, B., Kergoat, L., Lawin, E., Lebel, T., Legchenko, A., Malam-Issa, O., Mamadou, O., Nazoumou, Y., Pellarin, T., Quantin, G., Sambou, B., Seghieri, J., Seguis, L., Vandervaere, J., Vischel, T., Vouillamoz, M., Zannou, A., Afouda, S., Alhassane, A., Arjounin, M., Ba, H., Biron, R., Cazenave, F., Chaffard, V., Guyard, H., Koné, A., Mainassara, I., Mamane, A., Oi, M., Ouani, T., Soumaguel, N., Wubda, M., Ago, E., Alle, C., Allies, A., Arpin-Pont, F., Awessou, B., Cassé, C., Charvet, G., Dardel, C., Depeyre, A., Diallo, B., Do, T., Fatras, C., Frappart, F., Gal, L., Gascon, T., Gibon, F., Guiro, I., Ingatan, A., Kempf, J., Kotchoni, O., Lawson, M., Leauthaud, C., Louvet, S., Mason, E., Nguyen, C., Perrimond, B., Pierre, C., Richard, A., Robert, E., Román-Cascón, C., Velluet, C., Wilcox, C., Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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Subjects
CENTRAL SAHEL, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 0208 environmental biotechnology, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Water balance, Démographie, 11. Sustainability, Water cycle, lcsh:Environmental sciences, Hydrologie, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 2. Zero hunger, lcsh:GE1-350, Régime hydrique du sol, Utilisation des terres, CLIMATE-CHANGE, lcsh:QE1-996.5, GROSS PRIMARY PRODUCTION, Groundwater recharge, LAND-SURFACE, Geography, SEMIARNIGER, SATELLITE DATA, Ressource en eau, P40 - Météorologie et climatologie, Soil Science, [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, Context (language use), HARD-ROCK AQUIFERS, Monsoon, 12. Responsible consumption, SURFACE SOIL-MOISTURE, MONSOON MULTIDISCIPLINARY ANALYSIS, WATER STORAGE CHANGES, Mesure, Couverture végétale, P10 - Ressources en eau et leur gestion, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, 0105 earth and related environmental sciences, P36 - Érosion, conservation et récupération des sols, Changement climatique, Land use, Analyse de données, Global change, 15. Life on land, 020801 environmental engineering, lcsh:Geology, 13. Climate action, [SDU]Sciences of the Universe [physics], Climatologie, Physical geography, U30 - Méthodes de recherche, Surface runoff
Abstract

International audience; West Africa is a region in fast transition from climate, demography, and land use perspectives. In this context, the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA)-Couplage de l'Atmosphere Tropicale et du Cycle eco-Hydrologique (CATCH) long-term regional observatory was developed to monitor the impacts of global change on the critical zone of West Africa and to better understand its current and future dynamics. The observatory is organized into three thematic axes, which drive the observation and instrumentation strategy: (i) analyze the long-term evolution of eco-hydrosystems from a regional perspective; (ii) better understand critical zone processes and their variability; and (iii) meet socioeconomic and development needs. To achieve these goals, the observatory has gathered data since 1990 from four densely instrumented mesoscale sites (similar to 10(4) km(2) each), located at different latitudes (Benin, Niger, Mali, and Senegal) so as to sample the sharp eco-climatic gradient that is characteristic of the region. Simultaneous monitoring of the vegetation cover and of various components of the water balance at these four sites has provided new insights into the seemingly paradoxical eco-hydrological changes observed in the Sahel during the last decades: groundwater recharge and/ or runoff intensification despite rainfall deficit and subsequent re-greening with still increasing runoff. Hydrological processes and the role of certain key landscape features are highlighted, as well as the importance of an appropriate description of soil and subsoil characteristics. Applications of these scientific results for sustainable development issues are proposed. Finally, detecting and attributing eco-hydrological changes and identifying possible regime shifts in the hydrologic cycle are the next challenges that need to be faced.

Published
2018

2. AMMA-CATCH, a critical zone observatory in west Africa monitoring a region in transition

Author

Galle, S., Grippa, Manuela, Peugeot, C., Bouzou Moussa, Ibrahim, Cappelaere, Bernard, Demarty, J., Mougin, E., Panthou, A., Adjomayi, P., Ba, A., Boucher, M., Cohard, J.M., Descloitres, Marc, Descroix, L., Diawara, Moriké, Dossou, M., Favreau, Guillaume, Gangneron, F., Gosset, Marielle, Hector, B., Hiernaux, Pierre, Issoufou, B.A., Kergoat, Laurent, Lawin, E., Lebel, T., Legchenko, A., Malam Abdou, M., Malam-Issa, Oumarou, Mamadou, O., Nazoumou, Y., Pellarin, Thierry, Quantin, G., Sambou, B., Seghieri, Josiane, Séguis, Lus, Vandervaere, J.P., Vischel, T., Vouillamoz, J.M., Zannou, A., Afouda, S., Alhassane, A., Arjounin, M., Barral, H., Biron, R., Cazenave, F., Chaffard, V., Chazarin, J.P., Guyard, H., Koné, A., Mainassara, I., Mamane, A., Oi, M., Ouani, T., Soumaguel, N., Wubda, M., Ago, E.E., Alle, I.C., Allies, A., Arpin-Pont, F., Awessou, B., Cassé, C., Charvet, G., Dardel, C., Depeyre, A., Diallo, F.B., Do, T., Fatras, C., Frappart, F., Gal, L., Gascon, T., Gibon, François, Guiro, I., Ingatan, A., Kempf, J., Kotchoni, D.O.V., Lawson, F.M.A., Leauthaud, Crystèle, Louvet, S., Mason, E., Nguyen, C.C., Perrimond, B., Pierre, Caroline, Richard, A., Robert, E., Román-Cascón, Carlos, Velluet, C., Wilcox, C., Galle, S., Grippa, Manuela, Peugeot, C., Bouzou Moussa, Ibrahim, Cappelaere, Bernard, Demarty, J., Mougin, E., Panthou, A., Adjomayi, P., Ba, A., Boucher, M., Cohard, J.M., Descloitres, Marc, Descroix, L., Diawara, Moriké, Dossou, M., Favreau, Guillaume, Gangneron, F., Gosset, Marielle, Hector, B., Hiernaux, Pierre, Issoufou, B.A., Kergoat, Laurent, Lawin, E., Lebel, T., Legchenko, A., Malam Abdou, M., Malam-Issa, Oumarou, Mamadou, O., Nazoumou, Y., Pellarin, Thierry, Quantin, G., Sambou, B., Seghieri, Josiane, Séguis, Lus, Vandervaere, J.P., Vischel, T., Vouillamoz, J.M., Zannou, A., Afouda, S., Alhassane, A., Arjounin, M., Barral, H., Biron, R., Cazenave, F., Chaffard, V., Chazarin, J.P., Guyard, H., Koné, A., Mainassara, I., Mamane, A., Oi, M., Ouani, T., Soumaguel, N., Wubda, M., Ago, E.E., Alle, I.C., Allies, A., Arpin-Pont, F., Awessou, B., Cassé, C., Charvet, G., Dardel, C., Depeyre, A., Diallo, F.B., Do, T., Fatras, C., Frappart, F., Gal, L., Gascon, T., Gibon, François, Guiro, I., Ingatan, A., Kempf, J., Kotchoni, D.O.V., Lawson, F.M.A., Leauthaud, Crystèle, Louvet, S., Mason, E., Nguyen, C.C., Perrimond, B., Pierre, Caroline, Richard, A., Robert, E., Román-Cascón, Carlos, Velluet, C., and Wilcox, C.

Abstract

West Africa is a region in fast transition from climate, demography, and land use perspectives. In this context, the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA)–Couplage de l'Atmosphère Tropicale et du Cycle eco-Hydrologique (CATCH) long-term regional observatory was developed to monitor the impacts of global change on the critical zone of West Africa and to better understand its current and future dynamics. The observatory is organized into three thematic axes, which drive the observation and instrumentation strategy: (i) analyze the long-term evolution of eco-hydrosystems from a regional perspective; (ii) better understand critical zone processes and their variability; and (iii) meet socioeconomic and development needs. To achieve these goals, the observatory has gathered data since 1990 from four densely instrumented mesoscale sites (∼104 km2 each), located at different latitudes (Benin, Niger, Mali, and Senegal) so as to sample the sharp eco-climatic gradient that is characteristic of the region. Simultaneous monitoring of the vegetation cover and of various components of the water balance at these four sites has provided new insights into the seemingly paradoxical eco-hydrological changes observed in the Sahel during the last decades: groundwater recharge and/or runoff intensification despite rainfall deficit and subsequent re-greening with still increasing runoff. Hydrological processes and the role of certain key landscape features are highlighted, as well as the importance of an appropriate description of soil and subsoil characteristics. Applications of these scientific results for sustainable development issues are proposed. Finally, detecting and attributing eco-hydrological changes and identifying possible regime shifts in the hydrologic cycle are the next challenges that need to be faced.

Published
2018

3. A 60-year reconstructed high-resolution local meteorological data set in Central Sahel (1950-2009): evaluation, analysis and application to land surface modelling

Author

Leauthaud, C., Cappelaere, Bernard, Demarty, Jérome, Guichard, F., Velluet, Cecile, Kergoat, L., Vischel, T., Grippa, M., Mouhaimouni, M., Bouzou Moussa, I., Mainassara, I., Sultan, Benjamin, Laboratoire d'étude des Interactions Sol - Agrosystème - Hydrosystème (UMR LISAH), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géosciences Environnement Toulouse (GET), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Civil Engineering Programme, University of KwaZulu-Natal [Durban, Afrique du Sud] (UKZN), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Laboratoire d'étude des interactions entre sols, agrosystèmes et hydrosystèmes (LISAH), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of KwaZulu-Natal (UKZN), École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes (ITODYS (UMR_7086)), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Departement de géographie, Université Abdou Moumouni [Niamey], Processus de la variabilité climatique tropicale et impacts (PARVATI), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Météo France-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-École polytechnique (X)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Direction de la Météorologie Nationale du Niger, Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))

Subjects
Niamey airport station, P40 - Météorologie et climatologie, millet, fallow savannah, ERA-40, CRU, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], ERA-Interim, synoptic data, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, gap filling, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

The Sahel has experienced strong climate variability in the past decades. Understanding its implications for natural and cultivated ecosystems is pivotal in a context of high population growth and mainly agriculture-based livelihoods. However, efforts to model processes at the land–atmosphere interface are hindered, particularly when the multi-decadal timescale is targeted, as climatic data are scarce, largely incomplete and often unreliable. This study presents the generation of a long-term, high-temporal resolution, multivariate local climatic data set for Niamey, Central Sahel. The continuous series spans the period 1950–2009 at a 30-min timescale and includes ground station-based meteorological variables (precipitation, air temperature, relative and specific humidity, air pressure, wind speed, downwelling long- and short-wave radiation) as well as process-modelled surface fluxes (upwelling long- and short-wave radiation,latent, sensible and soil heat fluxes and surface temperature). A combination of complementary techniques (linear/spline regressions, a multivariate analogue method, artificial neural networks and recursive gap filling) was used to reconstruct missing meteorological data. The complete surface energy budget was then obtained for two dominant land cover types, fallow bush and millet, by applying the meteorological forcing data set to a finely field-calibrated land surface model. Uncertainty in reconstructed data was expressed by means of a stochastic ensemble of plausible historical time series. Climatological statistics were computed at sub-daily to decadal timescales and compared with local, regional and global data sets such as CRU and ERA-Interim. The reconstructed precipitation statistics, _1_C increase in mean annual temperature from 1950 to 2009, and mean diurnal and annual cycles for all variables were in good agreement with previous studies. The new data set, denoted NAD (Niamey Airport-derived set) and publicly available, can be used to investigate the water and energy cycles in Central Sahel, while the methodology can be applied to reconstruct series at other stations. The study has been published in Int. J. Climatol. (2016), DOI: 10.1002/joc.4874

Published
2017

4. AMMA‐CATCH, a Critical Zone Observatory in West Africa Monitoring a Region in Transition

Author

Galle, S., primary, Grippa, M., additional, Peugeot, C., additional, Moussa, I. Bouzou, additional, Cappelaere, B., additional, Demarty, J., additional, Mougin, E., additional, Panthou, G., additional, Adjomayi, P., additional, Agbossou, E.K., additional, Ba, A., additional, Boucher, M., additional, Cohard, J.-M., additional, Descloitres, M., additional, Descroix, L., additional, Diawara, M., additional, Dossou, M., additional, Favreau, G., additional, Gangneron, F., additional, Gosset, M., additional, Hector, B., additional, Hiernaux, P., additional, Issoufou, B.-A., additional, Kergoat, L., additional, Lawin, E., additional, Lebel, T., additional, Legchenko, A., additional, Abdou, M. Malam, additional, Malam-Issa, O., additional, Mamadou, O., additional, Nazoumou, Y., additional, Pellarin, T., additional, Quantin, G., additional, Sambou, B., additional, Seghieri, J., additional, Séguis, L., additional, Vandervaere, J.-P., additional, Vischel, T., additional, Vouillamoz, J.-M., additional, Zannou, A., additional, Afouda, S., additional, Alhassane, A., additional, Arjounin, M., additional, Barral, H., additional, Biron, R., additional, Cazenave, F., additional, Chaffard, V., additional, Chazarin, J.-P., additional, Guyard, H., additional, Koné, A., additional, Mainassara, I., additional, Mamane, A., additional, Oi, M., additional, Ouani, T., additional, Soumaguel, N., additional, Wubda, M., additional, Ago, E.E., additional, Alle, I.C., additional, Allies, A., additional, Arpin-Pont, F., additional, Awessou, B., additional, Cassé, C., additional, Charvet, G., additional, Dardel, C., additional, Depeyre, A., additional, Diallo, F.B., additional, Do, T., additional, Fatras, C., additional, Frappart, F., additional, Gal, L., additional, Gascon, T., additional, Gibon, F., additional, Guiro, I., additional, Ingatan, A., additional, Kempf, J., additional, Kotchoni, D.O.V., additional, Lawson, F.M.A., additional, Leauthaud, C., additional, Louvet, S., additional, Mason, E., additional, Nguyen, C.C., additional, Perrimond, B., additional, Pierre, C., additional, Richard, A., additional, Robert, E., additional, Román-Cascón, C., additional, Velluet, C., additional, and Wilcox, C., additional

Published
2018
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5. A 60-year reconstructed high-resolution local meteorological data set in Central Sahel (1950–2009): evaluation, analysis and application to land surface modelling

Author

Leauthaud, Crystèle, Cappelaere, Bernard, Demarty, J., Guichard, Françoise, Velluet, C., Kergoat, Laurent, Vischel, T., Grippa, Manuela, Mouhaimouni, M., Bouzou Moussa, Ibrahim, Mainassara, I., Sultan, B., Leauthaud, Crystèle, Cappelaere, Bernard, Demarty, J., Guichard, Françoise, Velluet, C., Kergoat, Laurent, Vischel, T., Grippa, Manuela, Mouhaimouni, M., Bouzou Moussa, Ibrahim, Mainassara, I., and Sultan, B.

Abstract

The Sahel has experienced strong climate variability in the past decades. Understanding its implications for natural and cultivated ecosystems is pivotal in a context of high population growth and mainly agriculture-based livelihoods. However, efforts to model processes at the land–atmosphere interface are hindered, particularly when the multi-decadal timescale is targeted, as climatic data are scarce, largely incomplete and often unreliable. This study presents the generation of a long-term, high-temporal resolution, multivariate local climatic data set for Niamey, Central Sahel. The continuous series spans the period 1950–2009 at a 30-min timescale and includes ground station-based meteorological variables (precipitation, air temperature, relative and specific humidity, air pressure, wind speed, downwelling long- and short-wave radiation) as well as process-modelled surface fluxes (upwelling long- and short-wave radiation,latent, sensible and soil heat fluxes and surface temperature). A combination of complementary techniques (linear/spline regressions, a multivariate analogue method, artificial neural networks and recursive gap filling) was used to reconstruct missing meteorological data. The complete surface energy budget was then obtained for two dominant land cover types, fallow bush and millet, by applying the meteorological forcing data set to a finely field-calibrated land surface model. Uncertainty in reconstructed data was expressed by means of a stochastic ensemble of plausible historical time series. Climatological statistics were computed at sub-daily to decadal timescales and compared with local, regional and global data sets such as CRU and ERA-Interim. The reconstructed precipitation statistics, _1_C increase in mean annual temperature from 1950 to 2009, and mean diurnal and annual cycles for all variables were in good agreement with previous studies. The new data set, denoted NAD (Niamey Airport-derived set) and publicly available, can be used to i

Published
2017

6. Forcing a land surface model with satellite-derived biophysical products in the Sahel: Inpacts of various sources on the simulated energy and water cycles

Author

Demarty, J., Solignac, P. A., Cappelaere, B., Feurer, D., Ottlé, C., Vischel, T., Saux-Picart, S., Mainassara, I., Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Territoires, Environnement, Télédétection et Information Spatiale (UMR TETIS), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-AgroParisTech-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Plymouth Marine Laboratory (PML), Plymouth Marine Laboratory, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2014

7. Building a field- and model-based climatology of surface energy and water cycles for dominant land cover types in the cultivated Sahel. Annual budgets and seasonality

Author

Velluet, C., Demarty, J., Cappelaere, B., Braud, Isabelle, Issoufou, H.B.A., Boulain, N., Ramier, David, Mainassara, I., Charvet, G., Boucher, M., Chazarin, J.P., Oï, M., Yahou, H., Maidaji, B., Arpin Pont, F., Benarrosh, N., Mahamane, A., Nazoumou, Y., Favreau, G., Seghieri, Josiane, Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hydrologie-Hydraulique (UR HHLY), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Biology Department, Université de Maradi, Geology Department, Université Abdou Moumouni [Niamey], Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Dan Dicko Dan koulodo de Maradi (UDDM), and Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
WATER BALANCE, CULTURE DE PLEINE TERRE, BILAN HYDRIQUE, [SDE]Environmental Sciences, MODELLING, CLIMATOLOGIE, MODELISATION, CLIMATOLOGY
Abstract

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; International audience; In the sub-Saharan Sahel, energy and water cyclingat the land surface is pivotal for the regional climate,water resources and land productivity, yet it is still verypoorly documented. As a step towards a comprehensive climatological description of surface fluxes in this area, thisstudy provides estimates of long-term average annual budgetsand seasonal cycles for two main land use types of thecultivated Sahelian belt: rainfed millet crop and fallow bush.These estimates build on the combination of a 7-year fielddata set from two typical plots in southwestern Niger withdetailed physically based soil-plant-atmosphere modeling,yielding a continuous, comprehensive set of water and energyflux and storage variables over this multiyear period. Inthe present case in particular, blending field data with mechanistic modeling makes the best use of available data andknowledge for the construction of the multivariate time series.Rather than using the model only to gap-fill observationsinto a composite series, model-data integration is generalizedhomogeneously over time by generating the wholeseries with the entire data-constrained model simulation. Climatological averages of all water and energy variables, withassociated sampling uncertainty, are derived at annual to subseasonal scales from the time series produced. Similaritiesand differences in the two ecosystem behaviors are highlighted.Mean annual evapotranspiration is found to represent82-85% of rainfall for both systems, but with differentsoil evaporation/plant transpiration partitioning and differentseasonal distribution. The remainder consists entirelyof runoff for the fallow, whereas drainage and runoff standin a 40-60% proportion for the millet field. These resultsshould provide a robust reference for the surface energy- andwater-related studies needed in this region. Their significanceand the benefits they gain from the innovative data-modelintegration approach are thoroughly discussed. The modeldeveloped in this context has the potential for reliable simulations outside the reported conditions, including changingclimate and land cover.

Published
2014

8. A 60‐year reconstructed high‐resolution local meteorological data set in Central Sahel (1950–2009): evaluation, analysis and application to land surface modelling

Author

Leauthaud, C., primary, Cappelaere, B., additional, Demarty, J., additional, Guichard, F., additional, Velluet, C., additional, Kergoat, L., additional, Vischel, T., additional, Grippa, M., additional, Mouhaimouni, M., additional, Bouzou Moussa, I., additional, Mainassara, I., additional, and Sultan, B., additional

Published
2016
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9. Modeling effects of inter-annual variability in meteorological and land use conditions on coupled water and energy cycling in the cultivated African Sahel

Author

Cécile Velluet, Jérôme Demarty, Cappelaere, B., Isabelle Braud, Boulain, N., Favreau, G., Charvet, G., David Ramier, Issoufou, H., Boucher, M., Mainassara, I., Chazarin, J. P., Oi, M., Yahou, H., Benarrosh, H., Mariam Ibrahim, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hydrologie-Hydraulique (UR HHLY), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), UTS PLANT FUNCTIONAL BIOLOGY AND CLIMATE CHANGE CLUSTER SYDNEY AUS, Partenaires IRSTEA, Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Institut de Recherche pour le Développement (IRD), CETE, UAM NIAMEY NER, Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])

Subjects
SAHEL, [SDE]Environmental Sciences
Abstract

International audience; In the dry tropics in general and in the African Sahel in particular, hydro-ecosystems are very sensitive to climate variability and land management. In the Niamey region of South-West Niger, a severe multi-decadal drought together with large-scale vegetation clearing coincided with an unexpected increase in surface and ground water resources. Such an apparent paradoxical situation illustrates the complex way in which climate and land cover interactions control the Sahelian water cycle dynamics. This stresses the importance of understanding and reliably modeling water/energy transfers in the local soil-plant-atmosphere system, under contrasted meteorological and surface conditions. This study investigates the effects of the inter-annual variability of meteorological and land use conditions on the coupled water and energy cycles in the cultivated Sahel over a 5-year period. This is based on a comprehensive multi-year field dataset acquired for a millet crop field and a fallow savannah, the two main land cover types of South-West Niger (Wankama catchment in the mesoscale AMMA-CATCH Niger observatory, part of the French-initiated RBV network). It includes atmospheric forcing, seasonal course of vegetation phenology, soil properties and model validation variables (net radiation, turbulent fluxes, soil heat/water profiles), for the two fields. The study area is typical of Central Sahel conditions, with 400-600 mm annual rainfall concentrated in the 4-5 month wet season. Soils are mainly sandy and prone to surface crusting, leading to a strong vertical contrast in hydrodynamic properties. The SiSPAT process-based model used solves the 1D mass and heat transfer system of equations in the soil, including vapor phase and coupled with a two-component (bare soil and vegetation) water and energy budget at the surface-atmosphere interface. The study explores whether such a model can be accurately calibrated and validated for the two sites using realistic-parameter values. The model is calibrated over a 2-year period and validated over the other three remaining years for the two sites. The variations in water and energy variables over the five contrasted years and between land covers are highlighted. Multi-year, field-based estimations of land surface water and energy budgets are produced, for the first time in this Sahelian region to our knowledge. Given model skills, the model can be applied reliably to much longer periods, reflecting the strong variability that characterizes the Sahel climate.

Published
2012

10. Local-scale modeling of land surface processes in the cultivated Sahel (AMMA-CATCH Niger)

Author

Cécile Velluet, Jérôme Demarty, Cappelaere, B., Isabelle Braud, Boulain, N., David Ramier, Charvet, G., Issoufou, H., Boucher, M., Mainassara, I., Chazarin, J. P., Oi, M., Yahou, H., Benarrosh, H., Mariam Ibrahim, Favreau, G., Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hydrologie-Hydraulique (UR HHLY), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), UTS PLANT FUNCTIONAL BIOLOGY AND CLIMATE CHANGE CLUSTER SYDNEY AUS, Partenaires IRSTEA, Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), CETE, Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), and Institut de Recherche pour le Développement (IRD)

Subjects
SAHEL, [SDE]Environmental Sciences, NIGER
Abstract

International audience; In the African Sahel, agro-hydro-ecosystems are very sensitive to climate variability and land management. In turn, soil moisture, vegetation and surface fluxes provide substantial feedback on atmospheric convection and rainfall generation. It is very important to understand and correctly model the dynamics of the soil-plant-atmosphere continuum in this region, in response to contrasted meteorological and surface conditions. The aim of this study is to generate a local-scale process-based model of water and energy transfers at the soil-land-atmosphere interface for millet crop and fallow savannah, the two main land cover types in the cultivated Sahel. This study is based on a comprehensive 5-year dataset (2005-2009) from the Wankama catchment of the AMMA-CATCH observatory in south-west Niger. It includes atmospheric forcing, seasonal course of vegetation phenology, soil properties and model validation variables (net radiation, turbulent fluxes, soil heat/water profiles), for the two fields. The study area is typical of the central Sahel conditions, with 400-600 mm annual rainfall concentrated in the 4-5 month wet season. Soils are mainly sandy and prone to surface crusting, leading to a strong vertical contrast in hydrodynamic properties. The SiSPAT physically-based model is used for this study. It solves the mass and heat transfer system of equations in the soil with a vapor phase, coupled with a two-component (bare soil and vegetation) water and energy budget at the surface-atmosphere interface. The study investigates whether such a model can be accurately calibrated and validated for the two sites using realistic-parameter values. The model is calibrated over a 2-year period (2005-2006) and validated over the other three years for the two sites. The variations in water and energy variables over the five contrasted years and between land covers will be highlighted. Multi-year, field-based estimations of land surface water and energy budgets will be produced. The model could eventually be applied to longer periods to account for the marked variability of the Sahel climate. This modeling study is part of the ALMIP-2 (AMMA Land Model Intercomparison – Phase 2) project, for evaluation and comparison of land surface models at local and meso scales over the AMMA-CATCH north-south eco-climate gradient of West Africa.

Published
2012

11. Analyses multidisciplinaires de la mousson africaine : programme et livre des résumés

Author

Feurer, Denis, Cappelaere, Bernard, Demarty, Jérôme, Vischel, Théo, Ottle, C., Solignac, P.A., Saux Picart, S., Lebel, Thierry, Ramier, D., Boulain, N., Charvet, G., Mainassara, I., Chazarin, Jean-Philippe, Oï, Monique, Janicot, Serge (ed.), Roussot, O. (ed.), and Guichard, F. (ed.)

Subjects
MESURE AU SOL, PRECIPITATION, ESTIMATION, DONNEES, PLUVIOMETRIE, CYCLE HYDROLOGIQUE, ZONE SEMIARIDE, MOUSSON, MODELISATION, METHODOLOGIE
Published
2012

12. Building a field- and model-based climatology of local water and energy cycles in the cultivated Sahel – annual budgets and seasonality

Author

Velluet, C., primary, Demarty, J., additional, Cappelaere, B., additional, Braud, I., additional, Issoufou, H. B.-A., additional, Boulain, N., additional, Ramier, D., additional, Mainassara, I., additional, Charvet, G., additional, Boucher, M., additional, Chazarin, J.-P., additional, Oï, M., additional, Yahou, H., additional, Maidaji, B., additional, Arpin-Pont, F., additional, Benarrosh, N., additional, Mahamane, A., additional, Nazoumou, Y., additional, Favreau, G., additional, and Seghieri, J., additional

Published
2014
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