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2. Drought-induced regime shift and resilience of a Sahelian ecohydrosystem
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Wendling, Valentin, Peugeot, Christophe, Mayor, Ángeles Garcia, Hiernaux, Pierre, Mougin, Eric, Grippa, Manuela, Kergoat, Laurent, Walcker, Romain, Galle, Sylvie, Lebel, Thierry, Spatial Ecology and Global Change, Environmental Sciences, 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), Copernicus Institute for Sustainable Development, Utrecht University [Utrecht], Géosciences Environnement Toulouse (GET), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), 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), Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement (ECOLAB), Université Toulouse III - 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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), 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)-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), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut Ecologie et Environnement (INEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), 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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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- Subjects
010504 meteorology & atmospheric sciences ,rainfall ,Climate change ,alternative stable states ,010501 environmental sciences ,01 natural sciences ,Alternative stable state ,Soil retrogression and degradation ,Sahel ,Clearing ,Ecosystem ,Regime shift ,[SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,0105 earth and related environmental sciences ,General Environmental Science ,2. Zero hunger ,regime shifts ,rainfall variability ,Renewable Energy, Sustainability and the Environment ,variability ,Public Health, Environmental and Occupational Health ,Vegetation ,15. Life on land ,13. Climate action ,Climatology ,[SDE]Environmental Sciences ,eco-hydrology ,Environmental science ,Surface runoff - Abstract
International audience; The Sahel (a semi-arid fringe south of the Sahara) experienced a long and prolonged drought from the1970s to the mid-1990s, with a few extremely severe episodes that strongly affected ecosystems andsocieties. Long-term observations showed that surface runoff increased during this period, despite therainfall deficit. This paradox stems from the soil degradation that was induced by various factors,either directly linked to the drought (impact on vegetation cover), or, in places, to human practices (land clearing and cropping). Surface runoff is still increasing throughout the region, suggesting that Sahelian ecohydrosystems may have shifted to a new hydrological regime. In order to explore this issue, we have developed a simple system dynamics model incorporating vegetation–hydrology interactions and representing in a lumped way the first order processes occurring at the hillslope scale and the annual timestep. Long term observations on a pilot site in northern Mali were used to constrain the model and define an ensemble of plausible simulations. The model successfully reproduced the vegetation collapse and the runoff increase observed over the last 60 years. Our results confirmed that the system presents two alternative states and that during the drought it shifted from a high-vegetation/low-runoff regime to the alternative low-vegetation/high-runoff one, where it has remained trapped until now. We showed that the mean annual rainfall deficit was sufficient to explain the shift. According to the model, vegetation recovery and runoff reduction are possible in this system, but the conditions in which they could occur remain uncertain as the model was only constrained by observations over the collapse trajectory. The study shows that the system is also sensitive to the interannual and decadal variability of rainfall, and that larger variability leads to higher runoff. Both mean rainfall and rainfall variability may increase in central Sahel under climate change, leading to antagonist effects on the system, which makes its resilience uncertain.
- Published
- 2019
3. Drought-induced regime shift and resilience of a Sahelian ecohydrosystem
- Author
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Spatial Ecology and Global Change, Environmental Sciences, Wendling, Valentin, Peugeot, Christophe, Mayor, Ángeles Garcia, Hiernaux, Pierre, Mougin, Eric, Grippa, Manuela, Kergoat, Laurent, Walcker, Romain, Galle, Sylvie, Lebel, Thierry, Spatial Ecology and Global Change, Environmental Sciences, Wendling, Valentin, Peugeot, Christophe, Mayor, Ángeles Garcia, Hiernaux, Pierre, Mougin, Eric, Grippa, Manuela, Kergoat, Laurent, Walcker, Romain, Galle, Sylvie, and Lebel, Thierry
- Published
- 2019
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