Climate change and food security in tropical West Africa – a dynamic-statistical modelling approach

Abstract

Summary: The relationships between climate and agricultural production in Benin, tropical West Africa, are elucidated using predictions from a high-resolution regional climate model. The aim is to detect the sensitivity of various mainly ali mentary crops cultivated in tropical Africa to changing climate conditions due to increasing greenhouse-gas concentrations and ongoing land degradation. This knowledge is of practical relevance since the predominant cultivation of less vulner able crops may be an appropriate adaptation strategy in order to maintain or improve food security in Africa. Model output statistics are used to transfer simulated climate variability to changing crop yield. It turns out that the statistical relationships between climate and agricultural production are very strong, amounting in part to more than 50% of explained variance at the interannual time scale. Especially summer monsoon precipitation and relative humidity represent reliable predictors of crop yield. Until 2025, the dryer and warmer climate in tropical Africa may come along with a decrease in agricultural pro duction with respect to most crops. The reduction is in the amount of 5 to 20%, implying severe problems of food security given the increasing population density. However, yams and manioc, as major alimentary crops in Benin, appear to be less sensitive to climate change. Zusammenfassung: Anhand von Simulationen mit einem hoch auflosenden regionalen Klimamodell wird der Zusammen hang zwischen Klima und landwirtschaftlicher Produktion im westafrikanischen Benin beleuchtet. Das Ziel besteht darin, die Sensitivitat verschiedener Nutzpflanzen, die im tropischen Afrika angebaut werden und vorwiegend als Ernahrungs grundlage dienen, gegeniiber veranderten klimatischen Rahmenbedingungen zu erfassen. Dabei werden steigende Treib hausgaskonzentrationen und eine fortschreitende Landdegradation berucksichtigt. Die Kenntnis dieser Sensitivitat besitzt groBe praktische Relevanz, da der bevorzugte Anbau von unempfindlichen Nutzpflanzen eine geeignete Anpassungsstra tegie zur Ernahrungs sicherheit in Afrika darstellen konnte. Uber so genannte Model Output Statistics wird die simulierte Klimavariabilitat in Ernteertragsanomalien umgesetzt. Es zeigt sich ein starker statistischer Zusammenhang zwischen Klima und landwirtschaftlicher Produktion. Teilweise betragt die erklarte Varianz mehr als 50% auf der interannuellen Zeitskala. Vor allem der Sommermonsunniederschlag und die relative Luftfeuchte bilden zuverlassige Pradiktoren fiir den Ernteer trag. Bis 2025 wird ein trockeneres und warmeres Klima im tropischen Afrika simuliert, welches hinsichtlich der meisten Nutzpflanzen mit ErnteeinbuBen in Hohe von 5 bis 20% einhergehen konnte. Vor dem Hintergrund der zunehmenden Bevolkerungsdichte ergibt sich damit ein gravierendes Ernahrungsproblem. Andererseits erweisen sich Jams und Maniok, die in Benin eine wichtige Nahrungsgrundlage darstellen, als weniger sensitiv gegeniiber dem Klimawandel.