如何更可靠地评估气候变化对农业的影响?中科院地理资源所冷国勇、廖晓勇团队Nature子刊新研究给出关键方法
- 2026-10-14 05:20:41
近日，中国科学院地理科学与资源研究所冷国勇、廖晓勇团队在Nature Communications在线发表题为“Machine-learning emergent constraints on surface albedo feedback over Arctic land regions”的研究论文。该研究开发了一种基于机器学习的新兴约束框架，利用高精度实地通量观测数据，有效约束地球系统模式对地表反照率反馈的模拟不确定性，显著提升了气候-陆面相互作用过程的预测精度。
地表反照率（即地表对太阳辐射的反射能力）是影响陆地能量平衡的关键参数。在农田生态系统中，反照率直接受作物类型、耕作方式、残茬覆盖、覆盖作物等农业管理措施影响。反照率变化会改变地表吸收的太阳辐射，进而调控土壤温度、蒸散量和近地面气温，对作物生长周期、热胁迫风险及水分利用效率产生重要影响。传统地球系统模式在模拟地表反照率反馈时存在较大不确定性，导致对未来气候变化背景下农田微气候及生产力变化的预估存在偏差。
针对这一难题，研究团队以历史时期地表反照率对气温的响应为预测因子，构建了机器学习模型，捕捉其与未来时期地表反照率反馈之间的非线性物理关系。该方法突破了传统线性约束的局限性，充分利用全球通量观测网络的实地数据，避免了卫星遥感或再分析产品在复杂地表条件下的误差。通过10折交叉验证、留一法敏感性测试以及跨时期、跨模型的稳健性检验，研究证实了约束关系的可靠性。
结果显示，采用机器学习新兴约束后，未来地表反照率反馈强度较未约束模型降低0.29–0.52 W m⁻² K⁻¹，不确定性减少45–55%。这一成果不仅大幅缩小了模型间差异，还揭示了模型在雪-植被-辐射相互作用参数化方面的系统性偏差，为改进陆面过程模拟提供了重要参考。
论文提出的机器学习新兴约束方法具有普适性，可进一步推广至农田、草地等各类陆地生态系统，为评估气候变化对农业的影响、优化农田管理措施（如免耕、秸秆还田、选择高反照率品种）以及制定精准农业适应策略提供更可靠的科学依据。”
俞琳飞博士为论文第一作者，冷国勇研究员和廖晓勇研究员为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等资助支持。
附图“驱动地表反照率反馈（SAF）涌现约束的物理机制”
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-026-71779-0
国科大研究生教材上新：骆永明、滕应主编《土壤修复学》正式出版
近日，中国科学院地理科学与资源研究所冷国勇、廖晓勇团队在Nature Communications在线发表题为“Machine-learning emergent constraints on surface albedo feedback over Arctic land regions”的研究论文。该研究开发了一种基于机器学习的新兴约束框架，利用高精度实地通量观测数据，有效约束地球系统模式对地表反照率反馈的模拟不确定性，显著提升了气候-陆面相互作用过程的预测精度。
地表反照率（即地表对太阳辐射的反射能力）是影响陆地能量平衡的关键参数。在农田生态系统中，反照率直接受作物类型、耕作方式、残茬覆盖、覆盖作物等农业管理措施影响。反照率变化会改变地表吸收的太阳辐射，进而调控土壤温度、蒸散量和近地面气温，对作物生长周期、热胁迫风险及水分利用效率产生重要影响。传统地球系统模式在模拟地表反照率反馈时存在较大不确定性，导致对未来气候变化背景下农田微气候及生产力变化的预估存在偏差。
针对这一难题，研究团队以历史时期地表反照率对气温的响应为预测因子，构建了机器学习模型，捕捉其与未来时期地表反照率反馈之间的非线性物理关系。该方法突破了传统线性约束的局限性，充分利用全球通量观测网络的实地数据，避免了卫星遥感或再分析产品在复杂地表条件下的误差。通过10折交叉验证、留一法敏感性测试以及跨时期、跨模型的稳健性检验，研究证实了约束关系的可靠性。
结果显示，采用机器学习新兴约束后，未来地表反照率反馈强度较未约束模型降低0.29–0.52 W m⁻² K⁻¹，不确定性减少45–55%。这一成果不仅大幅缩小了模型间差异，还揭示了模型在雪-植被-辐射相互作用参数化方面的系统性偏差，为改进陆面过程模拟提供了重要参考。
论文提出的机器学习新兴约束方法具有普适性，可进一步推广至农田、草地等各类陆地生态系统，为评估气候变化对农业的影响、优化农田管理措施（如免耕、秸秆还田、选择高反照率品种）以及制定精准农业适应策略提供更可靠的科学依据。”
俞琳飞博士为论文第一作者，冷国勇研究员和廖晓勇研究员为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等资助支持。
附图“驱动地表反照率反馈（SAF）涌现约束的物理机制”
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-026-71779-0
国科大研究生教材上新：骆永明、滕应主编《土壤修复学》正式出版
土壤氮转化过程：新方法与新认识
破解磷困局：微生物驱动的农业绿色革命/《土壤磷素的生物转化》新书推荐/国家出版基金项目
《土壤盐渍化的诊断、评估、减缓与适应技术指南》由联合国粮农组织 / 国际原子能机构粮食和农业核技术联合中心水土管理和作物营养科专家穆罕默德·扎曼、李恒所著。著者长期致力于改善土壤、水资源与肥料管理的生产实践，为促进国际社会农业积极适应气候变化做出了贡献。
该书回顾了全球土壤盐渍化的历史和治理成败经验，旨在制定盐度和钠化度的评估技术规程，完善盐渍化土壤的缓解和适应措施，创新和推进核技术和同位素技术等的应用，为可持续地利用盐碱地提供可行性方案。该书具有先进性、指导性和实用性，能够切实解决生物盐碱农业所遇到的实际问题。该书可为进行景观和农田土壤盐渍化评估和诊断，利用核技术和同位素技术制定边际土壤可持续利用战略的技术研究人员、一线管理人员提供参考和借鉴。
康绍忠院士序|《土壤盐渍化的诊断、评估、减缓与适应技术指南》出版发行
Rainer Horn 博士，德国基尔大学教授，世界著名土壤物理学家。现任中-欧土地和土壤合作专家组委员，曾任世界土壤联合会(IUSS)主席，IUSS土壤物理委员会、土壤技术委员会以及第三工作组主席、土壤耕作研究组织主席、德国土壤学会主席等土壤学术组织重要职位。Horn教授在不饱和土壤力学理论创新和应用、土壤物理多尺度过程、土壤力学与水力学、物理化学和生物学等多学科交叉研究等方面取得巨大成就，并成功应用于指导固废处理、地质工程安全以及电缆地下埋藏等社会经济多方面。发表100余篇期刊论文，数十部土壤学专著以及数百篇技术报告，荣获美国土壤学会、美国农学会会士，罗马尼亚、波兰、德国土壤学会以及国际土壤耕作研究组织等学术团体先后授予Horn教授荣誉会员称号。
该书由赵英博士和张斌博士组织，邀请了诸多从事土壤物理研究的中青年工作者共同翻译。他们花费很大精力把该教材引进国内，可使更多的科研人员系统了解土壤物理学，对推动我国土壤物理学的发展意义重大。
邵明安院士序|《土壤物理学精要——过程、功能、结构和力学导论》
中国科学院院士朱永官带领一群“土壤高级玩家”，一同创作出了本部集科学性、趣味性和前瞻性于一体的科普著作——《鲜活的土壤》，以科研者的视角和深入浅出的笔触，向大众讲述了土壤的本质、功能、土壤污染问题以及由此带来的粮食安全问题等人们关心和感兴趣的话题。
书中不仅涵盖了土壤的形成、分类、功能等基础内容，还深入探讨了土壤与生态环境、人类健康、文明演变进程等方面的紧密联系。用丰富的科研数据与成果揭示了土壤作为农业生产之基、生态系统之本的不可替代作用，更强调了在当前全球环境变化与资源约束加剧的背景下，科学合理地利用土地资源，对于维护国家粮食安全、促进生态平衡、实现经济社会可持续发展乃至推动人与自然和谐共生的战略价值。
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