<p>Western Equatorial Africa (WEA) is characterized by a long and cloudy dry season extending from June to September. So far, no study has investigated the intra-seasonal characteristics of this dry season especially its onset and cessation dates. In our study, the onset and cessation dates are determined over the 38-year period 1983–2020, using daily surface solar radiation (SSR) data from CMSAF SARAH-2. The maximum and minimum values of the cumulative anomalies of a regional index, for each year, are used to extract the onset and cessation dates. The mean onset date of the dry season in the region is May 17, the mean cessation date is October 3. We obtain very distinct anomaly patterns of SSR but also of low-level clouds and precipitation before/after the onset/cessation dates. The onset and cessation dates show strong year-to-year variability but no significant trend is detected over the 4 decades studied. Lastly, the cumulative anomalies for each year are also used to classify the dry seasons according to the SSR intra-seasonal evolution. Three types of years are obtained which are associated to different patterns of SST anomalies in the tropics.</p>

This study pictures for the first time incoming solar radiation mean evolution in Central Africa, intercomparing 8 gridded products (namely CERES-EBAF, CERES-SYN1deg, TPDC, CMSAF SARAH-2, CMSAF CLARA-A2, CAMS-JADE satellite products, as well as ERA5 reanalysis and WorldClim 2 interpolated measurements) and station-based estimations (FAOCLIM 2) or measurements. At the mean annual scale, all products picture low levels of global horizontal irradiance (GHI) to the west (SW Cameroon to SW Republic of Congo) and higher levels towards the north and south margins of the region. However, GHI levels in the CMSAF products are much higher than in CERES and TPDC. The mean annual cycles of GHI extracted for 6 sub-regions are bimodal, with two maxima during the two rainy seasons (March–May and September–November) and two minima during the two dry seasons (December–February and June–August). These seasonal cycles are well reproduced by most products except their amplitude which is dampened in TPDC. At the daily and sub-daily time-scales, products were compared with in-situ measurements from ten meteorological stations located in the western part of Central Africa. The products' performance is assessed through scores as bias and RMSE but also by considering the diurnal cycles' shape, amplitude and frequency of occurrence along the annual cycle. The products properly reproduce the shape of the four types of diurnal cycles with nonetheless noticeable differences in the cycle's frequencies of occurrence.

Solar radiation incident on the Earth's surface is important for the functioning of tropical forests, as it affects the availability of light and water. Due to the lack of in-situ data in tropical forest environments, satellite products and reanalyses are the only ways to estimate solar radiation on a regional scale. An intercomparison of five satellite databases including CERES-EBAF, CERES-SYN1deg, CMSAF-SARAH, CMSAF-CLARA, CAMS-JADE as well as the ERA5 reanalysis, is carried out for the Atlantic coast of Central Africa by evaluating them against two in-situ data sets: the monthly FAOCLIM2 database and original infra-daily data from meteorological stations set up within the framework of ecoclimatic projects. From this inter-comparison we show the differences between these six products and with in-situ data from monthly to daily scales. We also show that the Atlantic coast of Central Africa receives the least amount of solar radiation in all products compared to other regions of Central Africa.

L'Afrique centrale occidentale abrite les forêts les plus denses du bassin du Congo, deuxième plus grand massif forestier tropical après l’Amazonie. Elle se caractérise par un climat équatorial avec des températures élevées, un régime pluviométrique bimodal et surtout une longue saison sèche nuageuse, de juin à septembre. Malgré son importance écologique, la variabilité climatique de cette région a été peu étudiée par rapport à d'autres régions du continent africain, principalement en raison de la rareté des observations in-situ.Reconnaissant ces défis posés par le manque de données in situ, cette étude explore la variabilité climatique en Afrique centrale occidentale sous l’angle du rayonnement solaire en surface, paramètre clef pour le fonctionnement des forêts tropicales. Dans ce contexte, cette thèse s’attache à établir une première climatologie du rayonnement solaire en surface pour la région, à en documenter la variabilité, en particulier durant la saison sèche nuageuse de juin à septembre, et à évaluer la performance des produits satellitaires, des réanalyses et des simulations des modèles climatiques CMIP6.Dans une première partie, une évaluation de huit produits satellitaires d’estimation du rayonnement solaire (CERES-EBAF, CERES-SYN1deg, TPDC, CMSAF SARAH-2, CMSAF CLARA-A2, CAMS-JADE, WorldClim 2 et les réanalyses ERA5), révèle des différences dans les champs spatiotemporels. Tout en capturant avec succès les cycles annuels moyens de rayonnement solaire, les produits présentent des variations régionales, soulignant l'impact des paramètres atmosphériques sur l'estimation précise du rayonnement solaire. En outre, tous les produits à l’exception de WorldClim 2 s’accordent sur le fait que la façade atlantique reçoit moins de rayonnement solaire que les autres régions d’Afrique Centrale. La performance de ces produits est également évaluée par rapport aux observations in-situ sur la base de quatre types de cycle diurne de rayonnement solaire - les jours Obscurs, Obscurs AM (matin), Obscurs PM (après-midi) et Lumineux. Les produits représentent correctement la forme de ces quatre types, mais avec une amplitude plus grande.La deuxième partie se concentre sur l’étude de la variabilité interannuelle et les tendances du rayonnement solaire pendant la saison sèche nuageuse juin-septembre, mettant en évidence des différences marquées entre le produit satellitaire CMSAF SARAH-2 et la réanalyse climatique ERA5. Dans cette partie, l’étude a également permis d’identifier les dates de début et de fin de la saison sèche à partir du rayonnement solaire, et en établissant une relation significative entre les températures de surface de l'océan Atlantique équatorial et le début de la saison sèche.Dans la dernière partie, la capacité des modèles climatiques globaux CMIP6 à reproduire les niveaux moyens de rayonnement solaire dans la région a été évaluée. Les résultats soulignent des disparités sous-régionales dans la performance des modèles. Les modèles utilisés dans cette étude sous-estiment le rayonnement solaire au sud-ouest du Gabon-Congo tandis qu’ils le surestiment au nord-est, principalement d’avril à décembre. Les différences les plus importantes étant observées pendant la saison des pluies octobre-novembre. Ces disparités semblent provenir de la nébulosité, en particulier des nuages de basse et moyenne altitude, qui influencent de manière significative le rayonnement solaire mais avec des relations variables selon les modèles. Cette partie met également en évidence la téléconnexion entre la température de surface de l’océan Atlantique équatorial et le rayonnement solaire dans les modèles, mais qui varie entre le littoral et l’intérieur du Gabon, soulignant la nécessité de travailler avec des modèles climatiques régionaux mieux résolus.