Analysis of Rainfall Distribution, Temporal Trends, and Rates of Change in the Savannah Zones of Nigeria

Abstract

The impact of climate change is often demonstrated by rainfall and its attributes. Consequently, this study analyzes rainfall concentration, temporal trends, and rates of change in the savannah zones of Nigeria. Rainfall data were acquired from the archives of the Environmental Management Programme, Federal University of Technology, Minna, for 13 synoptic stations at annual, seasonal, and monthly time scales for the 1970–2016 period. The precipitation concentration index (PCI), Mann–Kendall trend test, Theil–Sen’s slope estimator (β), and relative percentage change methods were adopted for data analysis. The findings reveal that PCI calculated on an annual scale falls into three categories 11–15, 16–20, and PCI > 20. Two distinct patterns emerged from the calculated PCI indicating that stations in the Guinea savannah zone (Bida, Yola, Minna, Jos, Bauchi, and Kaduna) have moderate, irregular, and strongly irregular rainfall concentrations, whereas stations in the Sudano-Sahelian savannah zone (Kano, Gusau, Maiduguri, Yelwa, Nguru, Sokoto, and Katsina) have irregular and strongly irregular rainfall concentrations. The Mann–Kendall analysis of the PCI values reveals that 8 of the 13 stations (62%) experienced downward trends. This implies that rainfall is sliding toward a moderate to uniform distribution. The trends, and consequently the variability in the annual and seasonal rainfall, reveal that, with the exception of Yola and Jos stations, where the trends were downward, the overall rainfall was increasing significantly in some areas and insignificantly in others. The magnitude of the significant upward trends in the annual rainfall was found to be 3.59 mm yr−1 at Yelwa station, 9.84 mm yr−1 at Bauchi station, 17.13 mm yr−1 at Kano station, 3.98 mm yr−1 at Sokoto station, and 3.11 mm yr−1 at Katsina station. It is understood that the changes in rainfall distribution and trends have positive effects on water availability for crops, and this should facilitate enhanced productivity in rain-fed farming. RÉSUMÉ [Traduit par la rédaction] Les effets des changements climatiques se démontrent souvent à l’aide des précipitations et de leurs attributs. Ainsi nous analysons la concentration, les tendances temporelles et les taux de changement des précipitations dans les savanes du Nigeria. Nous avons extrait les données de pluie des archives du Programme de gestion de l’environnement de la Federal University of Technology (Minna), pour 13 stations synoptiques, et ce, à des échelles annuelle, saisonnière et mensuelle pour la période de 1970 à 2016. Nous analysons les données à l’aide de l’indice de concentration des précipitations (ICP), du test de tendance Mann-Kendall, de l’estimateur de pente de Theil-Sen (β) et de calculs de changement relatif de pourcentage. Les résultats révèlent que l’ICP calculé sur une échelle annuelle se répartit en trois catégories : 11 à 15, 16 à 20 et ICP > 20. Deux répartitions distinctes émanent de l’ICP calculé. Ce qui indique que les stations de la savane guinéenne (Bida, Yola, Minna, Jos, Bauchi et Kaduna) possèdent des concentrations de pluie modérées, irrégulières et fortement irrégulières, tandis que les stations de la savane soudano-sahélienne (Kano, Gusau, Maiduguri, Yelwa, Nguru, Sokoto et Katsina) ont des concentrations de pluie irrégulières et fortement irrégulières. L’analyse Mann-Kendall des valeurs de l’ICP révèle que 8 des 13 stations (62%) ont connu une tendance à la baisse. Les précipitations tendent donc vers une répartition modérée à uniforme. Les tendances, et par conséquent la variabilité des précipitations annuelles et saisonnières, révèlent qu’à l’exception des stations de Yola et de Jos, où les tendances se révé- laient à la baisse, les précipitations ont globalement augmenté, de façon significative dans certaines régions et de façon non significative dans d’autres. L’ampleur des tendances à la hausse significatives des précipitations annuelles atteint 3,59 mm an−1 à la station de Yelwa; 9,84 mm an−1 à la station de Bauchi; 17,13 mm an−1 à la station de Kano; 3,98 mm an−1 à la station de Sokoto et 3,11 mm an−1 à la station de Katsina. Il est entendu que la modification de la répartition et des tendances des précipitations engendre des effets positifs sur la disponibilité de l’eau pour l’agriculture. Cette augmentation devrait faciliter le renforcement de la productivité de la culture sous pluie.