Application of wavelet and regression analysis in assessing temporal and geographic climate variability: Eastern Ontario, Canada as a case study

Andreas Prokoph, R. Timothy Patterson
2004 ATMOSPHERE-OCEAN  
Regression and wavelet analysis have been employed to trace and quantify variation in temporal patterns (e.g., cycles and trends) between the instrument climate records of urban Ottawa and nearby rural areas in eastern Ontario. Possible links between observed climate change at these stations and possible natural and anthropogenic drivers were also investigated. Regression analysis indicates that the temperature in Ottawa increased, on average, at a rate of >0.01°C yr -1 in comparison to
more » ... rural areas over the last century. Wavelet analysis shows that this relative urban warming trend was primarily manifested in the form of multidecadal and interseasonal cycles that are likely attributable to gradual increased winter heating in Ottawa (heat island effects) associated with population growth. We estimate that the 1°C increase in the Ottawa temperature is equivalent to an increase in population size of ~400,000. In contrast, interannual variability correlates well between rural and urban areas with about the same temperature amplitudes. RÉSUMÉ [traduit par la rédaction] On a utilisé l'analyse de la régression et des ondelettes pour discerner et quantifier la variation dans les configurations temporelles (p. ex., cycles et tendances) entre les relevés climatologiques instrumentaux dans la région urbaine d'Ottawa et dans la région rurale avoisinante de l'Est de l'Ontario. On étudie aussi les liens possibles entre le changement climatique observé à ces stations et d'éventuelles causes naturelles ou anthropiques. L'analyse de régression indique que, durant le dernier siècle, la température, à Ottawa, a augmenté à un rythme annuel moyen supérieur à 0,01°C, par comparaison aux régions rurales adjacentes. L'analyse des ondelettes montre que cette tendance au réchauffement urbain relatif s'est principalement manifestée sous la forme de cycles multidécennaux et intersaisonniers vraisemblablement attribuables à une augmentation du chauffage en hiver à Ottawa (effets d'îlot de chaleur), augmentation liée à l'accroissement démographique. Nous estimons que l'augmentation de température de 1°C à Ottawa équivaut à un accroissement de la taille de la population de ~400 000. Par contraste, la variabilité interannuelle est bien corrélée entre les régions rurales et urbaines, avec à peu près les mêmes amplitudes de température.
doi:10.3137/ao.420304 fatcat:d36nzkjf35b5tmullcs4fh7fby