近日，法甲水利科学与工程学院农业水土资源高效利用团队农业水管理课题组在旱情评估、水文干旱机理、生态系统抗旱韧性和农业水资源风险领域取得系列研究进展。相关成果先后发表于中科院一区期刊IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine（IF=13.6）、Communications Earth & Environment（IF=9.3）、Journal of Advanced Research（IF=17.1）和Science China Earth Sciences（IF=5.5）。系列研究从干旱复杂性及陆气反馈、地下水与基流缓冲、土壤水分与植被响应、未来作物需水风险等不同层面，系统深化了对气候变暖背景下干旱形成、传播、生态水文响应及农业水资源影响的认识。
一、提出全球干旱复杂性的同心框架
课题组在IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine发表题为“Global Drought Complexity in a Warming Climate: A Concentric Framework”的研究论文。论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11721151.
该研究将干旱视为由气候强迫、陆表过程、水文响应、植被动态和人类活动共同塑造的非线性、状态依赖和多时间尺度系统，并构建了连接气候驱动、陆表反馈与记忆效应的同心框架。研究指出，传统基于单一变量或线性持续性的干旱描述难以完整刻画干旱演变过程，需要将非线性陆气相互作用、生态系统惯性和多尺度记忆纳入下一代干旱诊断与预测体系。
研究综合运用陆气耦合敏感性、互信息、小波分析、干旱增长率和随机集合轨迹等方法，比较南亚、南欧、美国西南部和澳大利亚等典型干旱热点区的演变特征。结果表明，中等程度水分亏缺可能在正反馈作用下快速增强，而在更严重的干旱状态下，陆气耦合强度及反馈关系可能发生改变，体现出明显的状态依赖性和区域差异。该框架为解释干旱的发生、放大、传播和恢复提供了统一的系统视角。
二、揭示全球水文干旱过程中基流的关键缓冲作用
在Nature Portfolio旗下期刊Communications Earth & Environment发表的“Baseflow dominates river flow during droughts across the global streamflow network”一文中，课题组进一步将研究拓展到全球水文干旱与地下储水调节机制。论文链接：https://www.nature.com/articles/s43247-026-04107-5.研究利用全球河流流量观测、陆地水储量信息和CMIP6模式模拟，构建干旱维持流量比例（drought-sustained fraction，DSF）和基流缓冲指数（baseflow buffering index，BBI），用于量化干旱期间慢速地下水文组分对河流流量的维持作用。
研究发现，在严重气象干旱条件下，74.2%的站点表现出正BBI，说明多数站点在干旱期间剩余河流流量中基流的相对贡献增加。与此同时，研究强调，相对贡献增加并不代表绝对基流量增加，而主要反映快速径流通常下降得更快。研究还表明，历史时期的流量分配状态能够约束未来气候情景下的慢速径流行为，进一步凸显了流域储存与释放过程、地下水记忆效应以及流域结构在水文干旱持续性中的重要作用。
三、阐明土壤水分和植被健康对干旱严重程度与生态韧性的调节作用
课题组在Journal of Advanced Research发表题为“Soil moisture and ecosystem vegetation health effects on drought severity”的研究论文。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123225004898.
该研究聚焦土壤水分、植被健康与干旱严重程度之间的相互作用，引入叶面积指数和土壤水分对干旱阈值进行动态调整，并结合最大累积水分亏缺阈值和基于水分利用效率构建的生态韧性指标，重新评估传统固定阈值识别的干旱事件。研究表明，仅依据传统干旱指数识别的中度和重度干旱，与纳入土壤水分和植被状态后识别的生态干旱影响范围存在明显差异。植被健康状况和土壤水分条件能够显著调节生态系统对气候扰动的响应，较高的适应能力可降低部分区域达到干旱临界状态的概率。该研究从“气象干旱强度”进一步延伸至“生态系统实际受旱程度和恢复能力”，为区域干旱影响评估和生态系统适应性管理提供了新的分析思路。
四、评估未来气候变化下全球主要作物需水与灌溉风险
在Science China Earth Sciences发表的“Global composite drought indices for investigating the effects of climate-driven drought on major crop water requirements”一文中，课题组将干旱诊断与农业水资源需求相结合，利用多种复合干旱指数和CMIP6气候情景评估未来干旱变化、作物需水量（Crop Water Requirement，CWR）和灌溉需水量（irrigation water requirement，IWR）的潜在风险。论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11430-025-1824-5.
研究结果显示，未来气候情景下，南亚、澳大利亚以及南北美洲部分区域的干旱与农业用水压力可能进一步增强。高排放情景下，小麦、玉米和水稻的作物需水与灌溉需水均存在增加风险，其中小麦变化尤为明显。该研究建立了从干旱诊断到农业水需求评估的联系，为全球粮食生产区干旱风险识别、灌溉规划和农业水资源适应性管理提供了科学依据。
五、形成“气候驱动—陆表反馈—水文缓冲—生态响应—农业影响”的系统研究链条
上述系列成果从不同尺度和不同过程环节构建了相互衔接的干旱研究体系：从全球变暖背景下的气候驱动与陆气非线性反馈，延伸到流域地下储水与基流调节，再拓展到土壤水分、植被健康和生态韧性，最终连接农业作物需水与灌溉风险。系列研究表明，干旱并非单纯由降水减少或蒸散增强决定，而是气候异常、陆表状态、地下储水、生态反馈和农业用水需求共同作用形成的复杂过程。
相关成果进一步丰富了农业水管理课题组在旱情监测与评估、水文干旱传播、陆气反馈、生态水文韧性及农业水资源风险等方向的研究基础，并为变暖气候背景下干旱监测预警、水资源优化配置和农业适应性管理提供了新的理论依据与技术支撑。
教师简介
Muhammad Abrar Faiz教授自2023年12月起在法甲工作，长期从事干旱监测与评估、水文过程、农业水资源管理和气候变化影响研究。近年来围绕干旱形成与传播机制、生态系统韧性、地下水与基流缓冲作用及农业水资源风险持续开展研究，相关成果发表于IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine、Communications Earth & Environment、Journal of Advanced Research、Science China Earth Sciences、Journal of Hydrology、Agricultural Water Management等期刊。近期获批国家自然科学基金外国优秀青年学者研究基金，将继续聚焦干旱监测、水文生态过程与农业水安全等关键科学问题，力争在农业水管理关键核心领域取得突破性进展。
(供稿/水利科学与工程学院)
