Trends in Canadian Short-Duration Extreme Rainfall: Including an Intensity-Duration-Frequency Perspective

Short-duration (5 minutes to 24 hours) rainfall extremes are important for a number of purposes, including engineering infrastructure design, because they represent the different meteorological scales of extreme rainfall events. Both single location and regional analyses of the changes in short-duration extreme rainfall amounts across Canada, as observed by tipping bucket rain gauges from 1965 to 2005, are presented. The single station analysis shows a general lack of a detectable trend signal, at the 5% significance level, because of the large variability and the relatively short period of record of the extreme short-duration rainfall amounts. The single station 30-minute to 24-hour durations show that, on average, 4% of the total number of stations have statistically significant increasing amounts of rainfall, whereas 1.6% of the cases have significantly decreasing amounts. However, regional spatial patterns are apparent in the single station trend results. Thus, for the same durations regional trends are presented by grouping the single station trend statistics across Canada. This regional trend analysis shows that at least two-thirds of the regions across Canada have increasing trends in extreme rainfall amounts, with up to 33% being significant (depending on location and duration). Both the southwest and the east (Newfoundland) coastal regions generally show significant increasing regional trends for 1- and 2-hour extreme rainfall durations. For the shortest durations of 5-15 minutes, the general overall regional trends in the extreme amounts are more variable, with increasing and decreasing trends occurring with similar frequency; however, there is no evidence of statistically significant decreasing regional trends in extreme rainfall amounts. The decreasing regional trends for the 5- to 15-minute duration amounts tend to be located in the St. Lawrence region of southern Quebec and in the Atlantic provinces. Additional analysis using criteria specified for traditional water management practice (e.g., Intensity-Duration-Frequency (IDF)) shows that fewer than 5.6% and 3.4% of the stations have significant increasing and decreasing trends, respectively, in extreme annual maximum single location observation amounts. This indicates that at most locations across Canada the traditional single station IDF assumption that historical extreme rainfall observations are stationary (in terms of the mean) over the period of record for an individual station is not violated. However, the trend information is still useful complementary information that can be considered for water management purposes, especially in terms of regional analysis. RESUME[Traduit par la redaction] Les extremes de chutes de pluie de courte duree (de 5 minutes a 24 heures) sont importants a de nombreux egards, notamment pour la conception des infrastructures de genie civil, parce qu'ils representent les differentes echelles meteorologiques des evenements de pluie extremes. Nous presentons l'analyse pour des endroits particuliers ainsi que l'analyse regionale des changements survenus dans les quantites des chutes de pluie extremes de courte duree au Canada, selon les observations faites par pluviometre a auget basculeur de 1965 a 2005. L'analyse pour des stations particulieres montre une absence generale de signal de tendance detectable, au seuil de signification de 5%, a cause de la grande variabilite et de la periode de releves plutot courte des valeurs de chutes pluie extremes de courte duree. Les durees de 30 minutes a 24 heures des stations particulieres montrent qu'en moyenne 4% du nombre total de stations connaissent des hausses statistiquement significatives des valeurs de chutes de pluie alors que dans 1,6% des cas, les valeurs sont significativement plus faibles. Cependant, des configurations spatiales regionales sont visibles dans les resultats de tendances des stations particulieres. Donc, pour les memes durees, les tendances regionales sont presentees en regroupant les statistiques de tendances des stations particulieres a travers le Canada. Cette analyse des tendances regionales revele qu'au moins les deux tiers des regions du Canada connaissent des tendances a l'accroissement de leurs quantites de pluie extremes, dont jusqu'a 33% sont significatives (tout dependant de l'endroit et de la duree consideres). Les regions cotieres du sud-ouest et de l'est (Terre-Neuve) montrent generalement des tendances regionales significatives croissantes pour les durees de chutes de pluie extremes d'une heure et de deux heures. Pour les durees plus courtes de 5 minutes et de 10 minutes, les tendances regionales generales dans les quantites extremes sont, dans l'ensemble, plus variables, les tendances croissantes et decroissantes se produisant a des frequences semblables; toutefois, il n'y a pas d'indice de tendances regionales decroissantes statistiquement significative dans les quantites des chutes de pluie extremes. Les tendances regionales decroissantes des quantites pour les durees de 5 a 15 minutes se retrouvent plus souvent dans la region du Saint-Laurent dans le sud du Quebec et dans les provinces atlantiques. D'autres analyses utilisant les criteres specifies pour les pratiques courantes de gestion de l'eau - p. ex. intensite-duree-frequence (IDF) - montrent que moins de 5,6% et 3,4% des stations connaissent des tendances croissantes et decroissantes statistiquement significatives, respectivement, dans les quantites maximales annuelles extremes observees aux stations particulieres. Cela indique qu'a la plupart des stations au Canada, l'hypothese traditionnelle sur l'IDF des stations particulieres selon laquelle les observations historiques de chutes de pluie extremes sont stationnaires (pour ce qui est de la moyenne) sur la periode des releves pour une station individuelle n'est pas violee. Cependant, les donnees sur les tendances sont toujours une information complementaire utile pouvant servir aux objectifs de la gestion de l'eau, surtout en ce qui concerne les analyses regionales.