全球尺度干旱发展速度分析：基于初始发展速率指数(IDR3)的干旱早期预警新方法

本研究针对干旱早期预警系统难以捕捉快速发展的"骤旱(flash drought)"问题，创新性提出初始发展速率指数(IDR3)，通过专家分类验证和全球土壤湿度数据分析，发现东南亚和亚马逊流域是快速干旱热点区，揭示了土壤湿度、气温和植被量对干旱发展速度的调控作用，为干旱预测提供了新指标。

　　

干旱常被称为"缓慢发展的灾害"，但近年来频繁出现的"骤旱(flash drought)"事件彻底颠覆了这一认知。这类干旱往往在数周内迅速发展，给农业和水资源管理带来严峻挑战。尽管科学界已提出多种骤旱识别指标，但缺乏统一标准，且现有研究多聚焦于区分"骤旱与否"的二元分类，忽视了干旱发展速度的连续谱特征。来自意大利米兰理工大学的Carmelo Cammalleri团队创新性地提出"初始发展速率指数(IDR)"，将研究视角从"是否骤旱"转向"发展多快"，为干旱早期预警提供了新思路。

研究团队采用多学科交叉方法，整合了模型模拟与卫星观测数据。基于Copernicus应急管理服务的LISFLOOD模型模拟1991-2023年全球根区土壤湿度数据，计算土壤湿度异常(SWI)并标准化为SWA。通过专家分类系统构建包含191个干旱事件的验证集，对比评估了IDR、快速变化指数(RCI)、强化速率(RI)和骤旱强度指数(FDII)四种指标的适用性。特别关注了前30天(3个旬)的发展特征(IDR₃)，以增强指标在实时监测和预报中的应用价值。

在"初始发展速度的量化"部分，研究创新性地将干旱发展阶段定义为从SWA首次低于-0.25(T₀)到首次跌破-1(T₁)的时期。IDR计算为该阶段累积水分亏缺的平均值，其简化版IDR₃仅使用前3旬数据。验证结果显示，IDR₃能有效区分快速和缓慢干旱，其t检验值达13.9，显著优于其他指标。值得注意的是，RI指标虽表现相近，但存在更多异常值，凸显IDR的稳定性优势。

"全球尺度分析"揭示了显著的空间异质性：东南亚和亚马逊流域平均IDR₃最高(>0.7)，而澳大利亚和美国西部最低(<0.2)。季节分析显示南北半球热带地区存在相反模式：北半球热带4-9月发展更快，而南半球热带10-3月更快。多元回归分析表明，年降水量(P)、气温(T)、土壤湿度(SWI)和光合有效辐射吸收比例(fAPAR)可解释70%的空间变异，其中高温和低植被量会减缓干旱发展。

"前兆条件分析"部分发现，高土壤湿度和正气温异常有利于快速干旱形成，而低fAPAR区域多为缓慢干旱。以拉普拉斯流域2011和2017年两次干旱为例，IDR₃成功捕捉到空间异质性，与ASCAT卫星数据结果一致。这两次事件分别造成25亿和46亿美元损失，印证了快速干旱监测的重要性。

该研究突破了传统干旱研究的二元分类局限，将发展速度作为连续变量纳入干旱特征体系。IDR₃指标的30天时间窗口使其特别适合中期预报，弥补了现有预警系统对快速干旱响应不足的缺陷。研究揭示的"高土壤湿度-高温-快速干旱"关联机制，为理解气候变化下干旱演变提供了新视角。未来研究可结合更多土壤湿度和蒸散发数据集，进一步提高IDR₃的适用性。这项发表于《Weather and Climate Extremes》的成果，为全球干旱风险管理提供了重要的科学工具。