Résumé. Une évaluation complète des impacts du changement climatique sur les ressources en eau du bassin de la Volta en Afrique de l'Ouest est menée dans cette étude, car la région devrait être la plus durement touchée par le réchauffement climatique. Un grand ensemble de 12 modèles de circulation générale (GCM) du cinquième projet d'intercomparaison de modèles couplés (CMIP5) qui sont dynamiquement réduits par cinq modèles climatiques régionaux (RCM) de l'expérience coordonnée de réduction d'échelle du climat régional (CORDEX)-Afrique est utilisé. Au total, 43 combinaisonsde MCG sont considérées sous trois voies de concentration représentatives (RCP2.6, RCP4.5 et RCP8.5). La fiabilité de chacun des ensembles de données climatiques est d'abord évaluée avec des ensembles de données de référence satellitaires et de réanalyse. Par la suite, la méthode de correction du biais multivarié R2D2 (Rank Resampling for Distributions and Dependences) est appliquée aux ensembles de données climatiques. Les projections climatiques corrigées du biais sont ensuite utilisées comme entrée dans le modèle hydrologique à méso-échelle (mHM) pour les projections hydrologiques au cours du XXIe siècle (1991-2100). Les résultats révèlent des dynamiques contrastées dans la saisonnalité des précipitations, en fonction des scénarios d'émission de gaz à effet de serre sélectionnés et des périodes de projection futures. Bien que la température de l'air et l'évaporation potentielle augmentent dans tous les RCP, une augmentation de l'ampleur de toutes les variables hydrologiques (évaporation réelle, ruissellement total, recharge des eaux souterraines, humidité du sol et stockage de l'eau terrestre) n'est projetée que dans le cadre du RCP8.5. L'analyse des débits élevés et faibles suggère un risque accru d'inondation sous RCP8.5, en particulier dans la Volta Noire, tandis que les sécheresses hydrologiques seraient récurrentes sous RCP2.6 et RCP4.5, en particulier dans la Volta Blanche. Les évolutions du débit des cours d'eau indiquent un retard futur dans la date d'apparition des débits faibles jusqu'à 11 jours en vertu du RCP8.5, tandis que les débits élevés pourraient se produire 6 jours plus tôt (RCP2.6) ou 5 jours plus tard (RCP8.5), par rapport à la période historique. Des disparités sont observées dans les schémas spatiaux des variables hydroclimatiques à travers les zones climatiques, avec un réchauffement plus élevé dans la zone sahélienne. Par conséquent, le changement climatique aurait de graves implications pour la disponibilité future de l'eau avec des préoccupations pour l'agriculture pluviale, affaiblissant ainsi le lien entre l'eau et l'énergie et la sécurité alimentaire et amplifiant la vulnérabilité de la population locale. La variabilité entre les modèles climatiques met en évidence les incertitudes dans les projections et indique la nécessité de mieux représenter les caractéristiques climatiques complexes dans les modèles régionaux. Ces résultats pourraient servir de ligne directrice à la fois à la communauté scientifique pour améliorer les projections du changement climatique et aux décideurs pour élaborer des stratégies d'adaptation et d'atténuation afin de faire face aux conséquences du changement climatique et de renforcer le développement socio-économique régional.

Resumen. En este estudio se realiza una evaluación exhaustiva de los impactos del cambio climático en los recursos hídricos de la cuenca del río Volta en África Occidental, ya que se espera que la región sea la más afectada por el calentamiento global. Se utiliza un gran conjunto de 12 modelos de circulación general (GCM) del quinto Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP5) que se reducen dinámicamente mediante cinco modelos climáticos regionales (RCM) del Experimento Coordinado de Reducción de Escala Regional y Climática (CORDEX)-África. En total, 43 combinacionesde RCM-GCM se consideran bajo tres vías de concentración representativas (RCP2.6, RCP4.5 y RCP8.5). La fiabilidad de cada uno de los conjuntos de datos climáticos se evalúa primero con conjuntos de datos de referencia satelitales y de reanálisis. Posteriormente, se aplica el método de corrección de sesgo multivariante de Remuestreo de Rango para Distribuciones y Dependencias (R2D2) a los conjuntos de datos climáticos. Las proyecciones climáticas corregidas por sesgo se utilizan como entrada al Modelo Hidrológico de Mesoescala (mHM) para las proyecciones hidrológicas durante el siglo XXI (1991-2100). Los resultados revelan dinámicas contrastantes en la estacionalidad de las precipitaciones, en función de los escenarios de emisión de gases de efecto invernadero seleccionados y los períodos de proyección futuros. Aunque la temperatura del aire y la evaporación potencial aumentan en todos los RCP, un aumento en la magnitud de todas las variables hidrológicas (evaporación real, escorrentía total, recarga de agua subterránea, humedad del suelo y almacenamiento de agua terrestre) solo se proyecta en RCP8.5. El análisis de alto y bajo flujo sugiere un mayor riesgo de inundación bajo RCP8.5, particularmente en el Volta Negro, mientras que las sequías hidrológicas serían recurrentes bajo RCP2.6 y RCP4.5, particularmente en el Volta Blanco. Las evoluciones del flujo de corriente indican un retraso futuro en la fecha de ocurrencia de flujos bajos de hasta 11 días bajo RCP8.5, mientras que los flujos altos podrían ocurrir 6 días antes (RCP2.6) o 5 días después (RCP8.5), en comparación con el período histórico. Se observan disparidades en los patrones espaciales de las variables hidroclimáticas en las zonas climáticas, con un mayor calentamiento en la zona saheliana. Por lo tanto, el cambio climático tendría graves implicaciones para la disponibilidad futura de agua con preocupaciones para la agricultura de secano, debilitando así el nexo de seguridad alimentaria del agua y amplificando la vulnerabilidad de la población local. La variabilidad entre los modelos climáticos resalta las incertidumbres en las proyecciones e indica la necesidad de representar mejor las características climáticas complejas en los modelos regionales. Estos hallazgos podrían servir como guía tanto para que la comunidad científica mejore las proyecciones del cambio climático como para que los responsables de la toma de decisiones elaboren estrategias de adaptación y mitigación para hacer frente a las consecuencias del cambio climático y fortalecer el desarrollo socioeconómico regional.

Abstract. A comprehensive evaluation of the impacts of climate change on water resources of the West Africa Volta River basin is conducted in this study, as the region is expected to be hardest hit by global warming. A large ensemble of 12 general circulation models (GCMs) from the fifth Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5) that are dynamically downscaled by five regional climate models (RCMs) from the Coordinated Regional-climate Downscaling Experiment (CORDEX)-Africa is used. In total, 43 RCM–GCM combinations are considered under three representative concentration pathways (RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5). The reliability of each of the climate datasets is first evaluated with satellite and reanalysis reference datasets. Subsequently, the Rank Resampling for Distributions and Dependences (R2D2) multivariate bias correction method is applied to the climate datasets. The bias-corrected climate projections are then used as input to the mesoscale Hydrologic Model (mHM) for hydrological projections over the 21st century (1991–2100). Results reveal contrasting dynamics in the seasonality of rainfall, depending on the selected greenhouse gas emission scenarios and the future projection periods. Although air temperature and potential evaporation increase under all RCPs, an increase in the magnitude of all hydrological variables (actual evaporation, total runoff, groundwater recharge, soil moisture, and terrestrial water storage) is only projected under RCP8.5. High- and low-flow analysis suggests an increased flood risk under RCP8.5, particularly in the Black Volta, while hydrological droughts would be recurrent under RCP2.6 and RCP4.5, particularly in the White Volta. The evolutions of streamflow indicate a future delay in the date of occurrence of low flows up to 11 d under RCP8.5, while high flows could occur 6 d earlier (RCP2.6) or 5 d later (RCP8.5), as compared to the historical period. Disparities are observed in the spatial patterns of hydroclimatic variables across climatic zones, with higher warming in the Sahelian zone. Therefore, climate change would have severe implications for future water availability with concerns for rain-fed agriculture, thereby weakening the water–energy–food security nexus and amplifying the vulnerability of the local population. The variability between climate models highlights uncertainties in the projections and indicates a need to better represent complex climate features in regional models. These findings could serve as a guideline for both the scientific community to improve climate change projections and for decision-makers to elaborate adaptation and mitigation strategies to cope with the consequences of climate change and strengthen regional socioeconomic development.

ملخص. يتم إجراء تقييم شامل لتأثيرات تغير المناخ على الموارد المائية لحوض نهر فولتا في غرب إفريقيا في هذه الدراسة، حيث من المتوقع أن تكون المنطقة الأكثر تضررًا من ظاهرة الاحتباس الحراري. يتم استخدام مجموعة كبيرة من 12 نموذج دوران عام (GCMs) من مشروع المقارنة البينية للنموذج المقترن الخامس (CMIP5) والتي يتم تصغير نطاقها ديناميكيًا بواسطة خمسة نماذج مناخية إقليمية (RCMs) من تجربة تصغير نطاق المناخ الإقليمي المنسق (CORDEX)- أفريقيا. في المجموع، يتم النظرفي 43 مجموعة من RCM -GCM تحت ثلاثة مسارات تركيز تمثيلية (RCP2.6 و RCP4.5 و RCP8.5). يتم تقييم موثوقية كل مجموعة من مجموعات البيانات المناخية أولاً باستخدام مجموعات البيانات المرجعية للأقمار الصناعية وإعادة التحليل. بعد ذلك، يتم تطبيق طريقة تصحيح الانحياز متعدد المتغيرات لإعادة أخذ العينات للتوزيعات والاعتمادات (R2D2) على مجموعات البيانات المناخية. ثم يتم استخدام الإسقاطات المناخية المصححة بالتحيز كمدخلات للنموذج الهيدرولوجي متوسط النطاق (mHM) للإسقاطات الهيدرولوجية خلال القرن الحادي والعشرين (1991-2100). تكشف النتائج عن ديناميكيات متناقضة في موسمية هطول الأمطار، اعتمادًا على سيناريوهات انبعاثات غازات الدفيئة المختارة وفترات الإسقاط المستقبلية. على الرغم من زيادة درجة حرارة الهواء والتبخر المحتمل في جميع نقاط التحكم الإشعاعية، إلا أنه من المتوقع زيادة في حجم جميع المتغيرات الهيدرولوجية (التبخر الفعلي، إجمالي الجريان السطحي، إعادة تغذية المياه الجوفية، رطوبة التربة، وتخزين المياه الأرضية) فقط في إطار RCP8.5. يشير تحليل التدفق المرتفع والمنخفض إلى زيادة مخاطر الفيضانات بموجب RCP8.5، خاصة في الفولتا السوداء، في حين أن الجفاف الهيدرولوجي سيكون متكررًا بموجب RCP2.6 و RCP4.5، خاصة في الفولتا البيضاء. تشير تطورات تدفق التدفق إلى تأخير مستقبلي في تاريخ حدوث تدفقات منخفضة تصل إلى 11 "د بموجب RCP8.5، في حين يمكن أن تحدث تدفقات عالية قبل 6" د (RCP2.6) أو 5"د في وقت لاحق (RCP8.5)، مقارنة بالفترة التاريخية. لوحظت تباينات في الأنماط المكانية للمتغيرات المناخية المائية عبر المناطق المناخية، مع ارتفاع درجة الحرارة في منطقة الساحل. لذلك، سيكون لتغير المناخ آثار شديدة على توافر المياه في المستقبل مع المخاوف المتعلقة بالزراعة البعلية، وبالتالي إضعاف العلاقة بين الأمن الغذائي والطاقة المائية وتضخيم ضعف السكان المحليين. يسلط التباين بين النماذج المناخية الضوء على أوجه عدم اليقين في التوقعات ويشير إلى الحاجة إلى تمثيل السمات المناخية المعقدة بشكل أفضل في النماذج الإقليمية. يمكن أن تكون هذه النتائج بمثابة دليل لكل من المجتمع العلمي لتحسين توقعات تغير المناخ ولصانعي القرار لوضع استراتيجيات التكيف والتخفيف للتعامل مع عواقب تغير المناخ وتعزيز التنمية الاجتماعية والاقتصادية الإقليمية.