近日，我校特聘教授、加拿大皇家科学院院士Jeffrey J McDonnell以我校为署名单位之一在Nature Water发表题为《A global classification of hydrologic functional diversity in gauged and ungauged catchments》的学术论文。该研究构建了全球可扩展、季节性分辨的流域水文功能分类框架，依据降雨在历次事件中转化为径流过程的复杂程度对流域进行分类，划分出三类功能类型：简单型、中间型与复杂型。基于此，系统刻画了全球降雨主导型流域中降雨—径流响应复杂性，首次揭示了水文功能复杂性是全球常态，对指导无资料流域的模型结构选择、水文监测网络优化以及全球水文理论发展提供了全新依据。该成果进一步提升了我校在全球水文水资源领域的国际学术影响力，对我校聚力打造科研高地、持续提升科技创新能力以及加快推进水利工程学科“双一流”创建具有重要支撑作用。

图1 《Nature Water》刊登我校特聘教授、加拿大皇家科学院院士Jeffrey J McDonnell署名学术文章

全球绝大多数河流缺乏长期的水文观测资料，导致降雨—径流转化的响应机制及其在不同流域和季节间的动态演变规律仍未得到充分证实。该研究对全球超过8万个有观测和无观测资料流域的水文功能类型进行了系统评估。结果表明，在无资料流域中，高达87%的陆地面积在非生长季被归类为复杂型；在生长季，复杂型流域的数量增加63%。研究进一步探明，气候条件是决定流域水文功能复杂性的核心驱动力，其中降雨持久性指标尤为关键。此外，土地覆盖类型也发挥了重要作用，农田和城市用地比例越高的流域，受人类活动扰动越显著，其水文功能表现越复杂。该成果不仅论证了降雨－径流复杂性在各大洲的普遍性，还清晰地描绘了其全球尺度的季节演变规律。在生长季，欧洲高达94%的无资料流域表现为复杂系统；而在非洲和亚洲的大部分地区，其水文功能则呈现出全年以复杂型为主的态势。

该研究的重大科学突破在于，成功将全球降雨－径流功能的复杂性转化为了具有极强操作性的流域级诊断工具。研究创造性地提出，水文模型的复杂程度必须与流域的实际功能行为相匹配，指出模型设计应“既不比必要的更简单，也不比需要的更复杂”。这一成果不仅为传统概念模型、灵活建模平台和物理信息深度学习架构的结构设计提供了理论依据，也为全球径流监测网络的优化布局提供了重要的科学蓝图，指导相关决策部门在无观测或观测严重不足的地区，优先覆盖当前代表性存在明显欠缺的复杂流域，进而有的放矢地提升全球水资源监测与预测能力。

图2 非生长季全球无资料流域水文功能分类地图

Jeffrey J McDonnell为我校特聘教授，是国际著名的水文学家，加拿大皇家科学院院士，萨斯喀彻温大学环境与可持续发展学院教授，主要研究领域为山坡水文学、径流过程和建模、同位素水文学、水文学原理等。Jeffrey J McDonnell教授被国际水文协会、联合国教科文组织和世界气象组织授予国际水文奖，曾获新西兰水文学会杰出成就奖、美国水文研究所表层水Ray K.Linsley奖、英国地貌学会Gordon Warwick奖等，在Nature、Science、Nature Geoscience、Nature Sustainability和Nature Climate Change等顶级期刊上发表论文20余篇，是世界上论文引用率最高的水文学家之一。