Linking Historical and Projected Trends in Extreme Precipitation with Cumulative Carbon Dioxide Emissions

AbstractExtreme weather events are expected to increase in frequency and intensity in response to higher global temperatures, augmenting societal exposure to these events. While the magnitude of projected changes in extremes varies considerably among future emission scenarios, a large part of this uncertainty is driven by the choice of scenario, rather than by the climate response to a particular emission scenario. A growing body of research has identified robust linear relationships between climate changes and cumulative carbon emissions; for global average temperature change, this relationship is known as the transient climate response to cumulative carbon emissions (TCRE). Extensions of the TCRE framework to other variables, such as regional and seasonal temperature and precipitation changes, have also shown to be effective, raising the possibility that changes in weather extremes could be linked to cumulative carbon dioxide (CO2) emissions. Here, we estimate changes in historical and projected trends in one-day (Rx1day) and five-day maximum precipitation (Rx5day) events as a function of cumulative carbon emissions across a range of future emission scenarios and global climate models. Our results show that median Rx1day and Rx5day generally increases linearly with increasing cumulative emissions, consistent with studies that have previously employed the TCRE framework to estimate changes in precipitation extremes, as well as other climate indicators. Overall, we show that a linear response to cumulative CO2 emissions is a good approximation for both historical and future trends in precipitation extremes.Résumé[Traduit par la redaction] La fréquence et l’intensité des phénomènes météorologiques extrêmes devraient augmenter en raison de la hausse des températures mondiales, ce qui accroît l’exposition de la société à ces phénomènes. Si l’ampleur des changements projetés en matière d’extrêmes varie considérablement selon les scénarios d’émissions futures, une grande partie de cette incertitude est attribuable au choix du scénario, plutôt qu’à la réaction du climat à un scénario d’émissions particulier. Un nombre croissant de recherches a permis de déterminer des relations linéaires solides entre les changements climatiques et les émissions cumulées de carbone; pour le changement de la température moyenne mondiale, cette relation est connue sous le nom de réponse climatique transitoire aux émissions cumulées de carbone (RCTE). L’extension du cadre RCTE à d’autres variables, telles que les changements régionaux et saisonniers de température et de précipitations, s’est également avérée efficace, ce qui soulève la possibilité que les changements dans les extrêmes météorologiques puissent être liés aux émissions cumulées de dioxyde de carbone (CO2). Nous estimons ici les changements dans les tendances historiques et projetées des précipitations maximales sur un jour (Rx1jour) et sur cinq jours (Rx5jour) en fonction des émissions de carbone cumulées à travers une gamme de scénarios d’émissions futures et de modèles climatiques globaux. Nos résultats montrent que les Rx1jour et Rx5jour médians augmentent généralement de façon linéaire avec la hausse des émissions cumulées, ce qui est cohérent avec les études qui ont précédemment utilisé le cadre RCTE pour estimer les changements dans les précipitations extrêmes, ainsi que d’autres indicateurs climatiques. Dans l’ensemble, nous montrons qu’une réponse linéaire aux émissions cumulées de CO2 est une bonne approximation des tendances historiques et futures des précipitations extrêmes.Keywords: Extreme weatherclimate changeglobal warmingextreme precipitationclimate crisisgreenhouse gasesfloodsevere thunderstorms Disclosure statementNo potential conflict of interest was reported by the author(s).Additional informationFundingThis work was supported by Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) Discovery Grants program: [Grant Number].