本文档属于类型a，是一篇关于全球尺度时间复合干旱（temporally compounding droughts, TCD）的原创性研究论文。以下为针对该研究的学术报告：

全球尺度时间复合干旱的分布、传播与预测研究
作者及机构
本研究由北京师范大学水科学学院的Xingyu Zhao、Zengchao Hao（通讯作者）、Runze Huang，中国气象局气候预测研究重点实验室的Aiqing Feng，以及美国德州农工大学的Vijay P. Singh合作完成。论文发表于《Global and Planetary Change》期刊，2025年6月1日在线发表，卷253，文章编号104905。

学术背景
时间复合干旱（TCD）指连续多年发生的干旱或复发性干旱事件，其对水资源、农业和生态系统的累积影响远超单次干旱。尽管已有研究针对特定案例或区域TCD展开分析，但全球范围内TCD的空间分布、传播机制及未来变化的系统性评估仍存在空白。本研究基于ERA-5再分析数据和CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6）模型模拟，首次对TCD的类型（气象干旱TCDm与农业干旱TCDa）、传播概率及未来变化进行全球尺度综合分析，旨在为气候变化下的干旱风险评估提供科学依据。

研究流程与方法
1. 数据来源与处理
- 历史数据：使用ERA-5的1950–2014年月降水量和土壤湿度数据（表层0–7 cm和整层0–289 cm），空间分辨率0.25°。
- 未来预测：基于CMIP6的11个模型（表S1）在SSP5-8.5情景下的2036–2100年数据，统一插值至1°×1°网格，采用多模型集成（MME）降低不确定性。

1. TCD定义与分类

   • 短周期TCD：连续2年干旱（如3年干旱计为2次事件）。
     
   • 事件型TCD：基于游程理论提取持续≥3年的单一干旱事件。
     
   • 干旱类型：气象干旱（TCDm，基于降水量）和农业干旱（TCDa，基于土壤湿度）。
     

2. 干旱传播分析

   • 马尔可夫链模型：计算干旱年份的干-干转移概率（P11），评估TCD持续性。
     
   • 条件概率：分析TCDm与TCDa的传播关系，包括滞后0年（同期）和滞后1年（次年）两种情况。
     

3. 气候分区

   • 基于干燥指数（Aridity Index, AI）将全球陆地分为超干旱（AI<0.05）、干旱、半干旱、干半湿润和湿润区。
     
   • 参考Giorgi和Francisco（2000）划分21个地理区域，分析TCDa的气象驱动因子（降水与潜在蒸散发PET）。
     

主要结果
1. 历史分布特征
- 热点区域：北美南部、北非和澳大利亚的短周期TCDm频率最高（图2a），与其高转移概率（P11>0.6）相关（图2b）。TCDa频率更高且空间范围更广，整层土壤湿度的TCDa持续时间更长（平均8.05年 vs. 表层3.91年）。
- 气候分区差异：超干旱区TCDm频率（中位数27次）显著高于湿润区（18次），且传播概率更高（0.94 vs. 0.66）。

1. 干旱传播机制

   • TCDm向TCDa的传播概率在北美南部、非洲和澳大利亚最高（图7a），滞后1年概率略低（图7b）。表层土壤湿度的传播概率在干旱区更高，而整层土壤湿度无显著分区差异。
     

2. 未来变化预测

   • TCDm：北半球大部频率降低（降水增加），但南美北部、地中海、南非和澳大利亚频率增加（图8a）。
     
   • TCDa：表层土壤湿度TCDa在全球多数区域增加（PET上升驱动），而整层TCDa增幅较小（图8b-c）。事件型TCD持续时间普遍延长，南非和澳大利亚的频次与持续时间均增加（图10）。
     
   • 传播概率变化：地中海、南非和澳大利亚的TCDm→TCDa传播概率显著增加（图11），中非和南亚则下降。
     

结论与价值
1. 科学价值
- 首次系统量化全球TCD的时空格局，揭示干旱区更易发生持续性干旱的规律。
- 提出多时间尺度TCD分类方法（短周期与事件型），弥补传统研究仅关注单一持续时间的局限。
- 验证CMIP6模型对未来TCD变化的预测能力，指出PET上升是农业干旱加剧的主因。

1. 应用价值
   
   • 为水资源管理（如地下水储备）和农业适应策略（如作物耐旱品种选育）提供依据。
     
   • 支持《巴黎协定》1.5°C与2°C温升目标下的干旱风险评估，尤其关注地中海、亚马逊等高风险区。
     

研究亮点
1. 方法创新：结合ERA-5高分辨率再分析与CMIP6多模型集成，增强结果可靠性。
2. 跨尺度分析：同时考察短周期（2年）和长事件型（≥3年）TCD的动态差异。
3. 关键发现：指出深层土壤干旱的持续时间远超表层，且对降水的响应更滞后，这对生态恢复规划具有重要启示。

其他价值
研究还探讨了TCD与高温事件的复合效应（图S5-S6），发现未来多年度“热干旱”风险显著上升，为极端事件联动研究提供了新方向。

（注：实际报告中图、表引用需配合原文图表编号，此处为示例性描述。）