干旱作为我国主要的气象灾害之一，防旱减灾是国家的重大战略需求。水文干旱作为最彻底的一种干旱类型，通常以河道流量或地表径流异常作为表征，主要在时间传递中体现了气象干旱的进一步发展，近年来被国内外科研人员广泛关注。针对水文干旱对气象干旱的响应阈值及水文干旱恢复需水量的量化表征等科学问题，近日水文院青年教师吴杰峰博士联合国内外高校与科研机构，分别在国际水文、环境领域Top期刊《Journal of Hydrology》(IF=4.500)和《Science of the Total Environment》(IF=6.551)在线发表系列研究成果。
（1）针对以往采用单一时间尺度的水文、气象干旱指数表征的响应阈值已无法全面描述其响应属性，且获取水文干旱对气象干旱响应阈值方法的不同可能造成不同的结果。吴杰峰博士及其合作作者以多时间尺度的标准化流量指数 (Standardized Streamflow Index, SSI) 和标准化降水指数 (Standardized Precipitation Index, SPI) 为基石，使用国际上常用的游程理论识别法、非线性干旱特性响应法和相关性分析法三种方法分别分析了不同时间尺度的水文干旱对气象干旱的响应阈值。结果发现不同时间尺度的SSI和SPI、同时间尺度但不同方法获取的气象干旱演进为水文干旱的时间阈值不同，且水文干旱指数的时间尺度越长，响应阈值越大。相比较而言，游程理论识别法获取的水文干旱对气象干旱响应阈值最短，可以保守的应用于基于气象预报的水文干旱早期预警。相关研究成果发表在《Science of the Total Environment》上。
图1 不同时间尺度的水文干旱对气象干旱响应阈值研究框架
（2）当一场干旱发生时，人们往往会问：需要多少的水量补给才能使该场干旱事件恢复至正常状态？对于水文干旱而言，其恢复需水量不仅涉及河道的径流补给量，且涉及径流补给量对应的可能降水量大小。若能直接判断水文干旱恢复的实际径流补给量及对应的降水量大小对防旱减灾更具有实际意义。吴杰峰博士联合国内外研究人员基于水文干旱传播理论，基于非标准化的水文、气象异常指数提出了水文干旱恢复需水量量化表征方法，并构建了典型水文干旱事件恢复需水量与对应的降水量大小预估模型。研究结果表明，构建的典型水文干旱事件 (如2a，5a，10a，25a，50a一遇) 恢复需水量与降水量之间的线性关系预估模型，可用于估算给定水文干旱事件的恢复需水量大小，且表现出较好的性能。相关研究成果发表在《Journal of Hydrology》上。
图2 水文干旱恢复需水量理论分析框架
图3 典型水文干旱事件的恢复时间及恢复至正常状态时的累积需水量
论文信息：
(1) Wu, J.F., Chen, X.H., Yao, H.X., Zhang, D.J., (2020). Multi-timescale assessment of propagation thresholds from meteorological to hydrological drought., Science of the Total Environment., doi:10.1016/j.scitotenv.2020.144232
(2) Wu, J.F., Chen, X.W., Love, C., Yao, H.X., Chen, X.H., AghaKouchak, A., (2020). Determination of water required to recover from hydrological drought: Perspective from drought propagation and non-standardized indices., Journal of Hydrology., doi: 10.1016/j.jhydrol.2020.125227
作者简介：
吴杰峰，1991年2月生，博士，副教授，中共党员。2020年6月毕业于中山大学地理科学与规划学院，获得自然地理学理学博士学位（水文与水资源方向），同年7月以高层次人才（龙山学者）方式引进至南京信息工程大学水文与水资源工程学院袁星教授团队工作。攻读博士期间在美国University of California, Irvine 联合培养一年。研究方向为干旱模拟与预测、旱涝灾害及其影响机理、流域水循环演变与气象水文极值等。近3年来，主要围绕干旱传递规律及其该规律的物理解释等科学问题，以第一作者身份在Water Resources Research, Journal of Hydrology, Science of the Total Environment等国际权威期刊发表学术论文10余篇。并作为项目骨干参与了多个国家自然科学基金项目，曾荣获“福建省科技进步奖”二等奖奖励（3/9），多次荣获硕士、博士研究生国家奖学金奖励。同时担任Journal of Hydrology, Hydrology and Earth System Sciences, Weather and Climate Extremes, Atmospheric Research 等多个国内外期刊审稿专家。E-mail: wujf27@nuist.edu.cn