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Assessing climate adaptation options and uncertainties for cereal systems in West Africa

Authors :
Benjamin Sultan
Christian Baron
David B. Lobell
Michela Biasutti
Kaiyu Guan
Department of Earth System Science and Center on Food Security and the Environment
Stanford University [Stanford]
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)
Lamont-Doherty Earth Observatory (LDEO)
Columbia University [New York]
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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Department of Earth System Science [Stanford] (ESS)
Stanford EARTH
Stanford University-Stanford University
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))
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
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)
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))
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 national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-AgroParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)
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))
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)-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))
Source :
Agricultural and Forest Meteorology, Agricultural and Forest Meteorology, Elsevier Masson, 2017, 232, pp.291-305. ⟨10.1016/j.agrformet.2016.07.021⟩, Agricultural and Forest Meteorology, 2017, 232, pp.291-305. ⟨10.1016/j.agrformet.2016.07.021⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

In the coming decades, the already fragile agricultural system in West Africa will face further challenges in meeting food security, both from increasing population and from the impacts of climate change. Optimal prioritization of adaptation investments requires the assessment of various possible adaptation options and their uncertainties; successful adaptations of agriculture to climate change should not only help farmers deal with current climate risks, but also reduce negative (or enhance positive) impacts associated with climate change using robust climate projections. Here, we use two well-validated crop models (APSIM v7.5 and SARRA-H v3.2) and an ensemble of downscaled climate forcing from the CMIP5 models to assess five possible and realistic adaptation options for the production of the staple crop sorghum (Sorghum bicolor Moench.): (i) late sowing, (ii) intensification of seeding density and fertilizer use, (iii) increasing cultivars’ thermal time requirement, (iv) water harvesting, and (v) increasing resilience to heat stress during the flowering period. We adopt a new assessment framework to account for both the impacts of proposed adaptation options in the historical climate and their ability to reduce the impacts of future climate change, and we also consider changes in both mean yield and inter-annual yield variability. We target the future period of 2031–2060 for the “business-as-usual” scenario (RCP8.5), and compare with the historical period of 1961–1990. Our results reveal that most proposed “adaptation options” are not more beneficial in the future than in the historical climate (−12% to +4% in mean yield), so that they do not really reduce the climate change impacts. Increased temperature resilience during the grain number formation period is the main adaptation that emerges (+4.5%). Intensification of fertilizer inputs can dramatically benefit yields in the historical/current climate (+50%), but does not reduce negative climate change impacts except in scenarios with substantial rainfall increases. Water harvesting contributes to a small benefit in the current climate (+1.5% to +4.0%) but has little additional benefit under climate change. Our analysis of uncertainties arising from crop model differences (conditioned on the used model versions) and various climate model projections provide insights on how to further constrain uncertainties for assessing future climate adaptation options.

Details

Language :
English
ISSN :
01681923
Database :
OpenAIRE
Journal :
Agricultural and Forest Meteorology, Agricultural and Forest Meteorology, Elsevier Masson, 2017, 232, pp.291-305. ⟨10.1016/j.agrformet.2016.07.021⟩, Agricultural and Forest Meteorology, 2017, 232, pp.291-305. ⟨10.1016/j.agrformet.2016.07.021⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....47b3151be0d5d37eeeb29b4b153e15f1