——记河南大学地理科学学院宋宏权教授和团队
植被在城镇的扩张中退却，灰霾遮蔽了城市的呼吸，龟裂的土地无声诉说着干旱的焦渴，沙丘正悄然吞噬着一方绿色……地球，这艘承载万物生灵的巨舟，从未像今天这般肩负着人类活动带来的沉重负荷。面对这些触目惊心的生态环境难题，一个核心问题愈发凸显：地球纷繁复杂的“生命体征”究竟如何维系与运转?人类活动与自然环境之间又存在着怎样的紧密交织的关系?我们该如何借助科学的手段，精确地衡量并预测这种千丝万缕的互动效应?
仅凭零散的现场观测或单一学科的研究，难以解开这些谜团。为此，科学家们引入了一种先进工具——就像是为地球建立了一台超级模拟器，将大气、海洋、陆地、冰雪、生物循环和人类活动等要素连接在一起，并在计算机中再现地球系统的动态。这台“模拟器”便是地球系统模式。它能在同一数值框架下同时追踪各圈层的能量传输、水分循环和物质流动，可以让我们看到一次沙尘暴、一次热浪，甚至一座城市扩张，如何影响整个区域乃至全球系统的运行。通俗地说，它像是一把钥匙，帮助我们解锁自然与人类活动交织的奥秘，为理解并应对日益严峻的生态环境问题提供科学支撑。
在探索地理系统运行规律的最前沿，河南大学地理科学学院宋宏权教授及其团队，正是这样一群执着的“解码者”。他们以遥感(RS)与地理信息系统(GIS)为“天眼”和“智脑”，将多源卫星观测资料与地理空间分析深度融合，为地球系统模式注入精细化的地表参数和高分辨率驱动数据，着力打造高精度地球系统模拟平台。在此基础上，团队聚焦人地耦合过程的复杂性，致力于揭示自然系统与人类活动之间的复杂关联，为黄河流域生态保护与高质量发展等国家重大战略提供关键的科技支撑与决策依据，为未来的区域可持续发展描绘更加清晰的图景。
扎根科研怀初心
宋宏权，河南民权人。2003年考入河南理工大学测绘与国土信息工程学院，经过四年系统学习，打下了坚实的测绘专业基础。研究生阶段，他先后在河南大学、中国科学院研究生院以及南京师范大学深造，持续专注于地图学与地理信息系统专业的学习与研究。硕博期间，他系统掌握了地理学核心理论，深入融合GIS与遥感技术，为后续的教学科研工作奠定了坚实基础。
博士毕业后，他回到河南大学工作，有幸参与了国家重大科学研究计划，聚焦全球变化背景下的生态环境问题。主要负责利用GIS与遥感技术，评估我国西北地区风蚀导致的土壤有机碳流失。在项目实施过程中，他多次深入西北地区开展野外调查，积累了大量宝贵的一手资料。这段经历不仅加深了他对区域生态环境问题的认识，也坚定了他将专业技术应用于生态环境研究的学术方向。也正是在这一阶段，他初步接触到地球系统模式，在北京大学访问学习期间，进一步加深了对地球系统模式的理解和兴趣，为今后在地球系统模拟领域的科研拓展奠定了坚实基础。
2015年，宋宏权在国家留学基金委资助下，赴美国北卡罗来纳州立大学地球系统模拟实验室开展访问研究。在地球系统模拟领域国际知名学者张阳教授的指导下，他在一年内系统掌握了地球系统模式的构建方法与实际应用。这段海外经历不仅拓宽了他的学术视野，更坚定了他以地球系统模式破解地理环境复杂问题的研究方向。2016年9月，宋宏权回到河南大学，着手组建地球系统观测与模拟研究团队。经过五年攻关，团队成功搭建了一个集成大气、陆面、大气化学、生物地球化学等多个模块的耦合模拟平台，具备在街道、城市、区域以及全球尺度下开展地球系统过程模拟的能力，为深入理解“人—地”系统的运行机制提供了关键支撑。基于此平台，团队在沙尘过程、空气污染、气候变化和生态系统响应等领域取得多项应用成果，助力郑州市、新乡市的空气质量治理，并支撑黄河流域生态保护与高质量发展战略。
在平台的应用过程中，团队发现模型对气候与环境关键参量的模拟依然存在较大不确定性。为进一步提升模型的模拟精度，宋宏权于2024年再次获得国家留学基金委资助，赴英国卡迪夫大学与前国际风沙协会主席Adrian Chappell教授合作，针对风场和沙尘天气预报存在较大模拟偏差等问题开展模式开发研究，并已取得了显著性进展。近年来，宋宏权和团队承担或参与了国家自然科学基金、国家重大科学研究计划、国家科技支撑计划等多项科研任务。在国内外重要期刊发表论文90余篇，获国际与国家发明专利7项，出版专著1部。团队成果获得河北省自然科学奖二等奖(2023年)、河南省青年地理科技奖(2020年)，他本人也荣获河南省优秀青年基金、河南省高校科技创新人才、河南省高校青年骨干教师等称号。
从测绘背景的青年学子成长为地球系统模式的开发者，宋宏权始终以服务国家生态环境治理为己任。他带领团队以高性能计算为支撑，致力于搭建和优化地球系统模式，深入解析人类活动与自然过程之间错综复杂的耦合关系，为应对气候变化、推动生态文明建设等国家重大战略提供了坚实的数字化工具。尤为可贵的是，团队极其重视人才培养与学术传承，致力于地理信息科学后备力量的系统培育。在宋宏权、郑辉、李斌、赵芳等老师的悉心指导下，河南大学地理科学学院本科生团队自2018年起，连续在全国大学生GIS应用技能大赛这一国内地理信息领域的顶级赛事中屡创佳绩，荣获多项特等奖与一等奖，成为全国高校中一支备受瞩目的团队。不仅彰显了团队在教学与科研方面的深厚积淀，也体现了他们在创新型人才培养方面的不懈追求。
九曲黄河证匠心
黄河，这条孕育中华文明的母亲河，其生态系统的健康不仅关系到国家生态安全，也牵动着亿万民众的福祉。然而，如今的黄河流域正面临着生态功能退化的多重挑战：生境破碎、生物多样性衰减、水源涵养能力下降、固碳功能减弱、农业生产力下滑等问题日益凸显。如何全面认识并提升流域生态系统的“多功能性”(即同时具备涵养水源、保持土壤、固碳释氧、生物多样性维护、农产保障等多种生态服务能力)，成为实现黄河流域可持续发展的关键课题。
位于黄河下游的河南大学，长期深耕流域生态研究，地理和生态学科始终将黄河流域生态保护与高质量发展作为核心使命，持续开展系统性、前瞻性的科学探索。在此背景下，宋宏权带领团队依托其搭建的地球系统模拟平台，深度参与并有力支撑了李国勇教授主持的国家自然科学基金重点项目“黄河流域陆地生态系统多功能性的多尺度格局及其驱动机制”。项目聚焦于揭示黄河流域生态系统多功能性的时空演变特征，识别气候变化与人类活动的驱动机制，服务于国家关于黄河流域生态保护与高质量发展的重大战略部署。作为项目的技术核心，支撑了黄河流域生态系统多功能性模型的构建和未来演变趋势的模拟预测，为研究成果的科学性和实用性提供了坚实保障。
通过一系列模拟实验，团队深入探讨了气候变化和人类活动，特别是土地利用变化如何共同影响黄河流域生态系统功能的变化。在整个流域范围内清楚地区分出了由温室气体排放引起的气候变化，与人类改变土地用途(比如城市建设、农业活动)所带来的气候影响，并进一步量化了这些因素分别对植被生长(比如植物吸收二氧化碳的能力)所产生的贡献。在此基础上，团队还预测了在不同未来气候发展趋势下，到2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”时，黄河流域的植被生产力将如何变化。结果发现，随着气温升高、降雨增多，甘肃、宁夏、陕西等地的植物长势整体趋于向好，生态系统的碳吸收能力也在增强。但与此同时，土地利用的变化对降雨分布造成了不小影响，在一些区域，甚至抵消了原本因气候变暖带来的生态改善效果。这不仅能帮助人们更好地了解未来生态系统可能的发展方向，也为不同地区如何因地制宜地制定生态保护和应对气候变化的策略提供了科学依据，为黄河流域乃至其他生态脆弱地区提供了兼顾自然规律与社会治理的可持续发展范式。
宋宏权团队在黄河流域的研究，是其核心技术平台强大能力的集中体现。这不仅彰显了科研面向国家重大需求、服务区域可持续发展的责任担当，也充分展现了河南大学在地球系统模拟与区域生态管理领域的坚实基础与实践贡献。从沙尘减排效应评估、空气污染防控，到臭氧污染对农作物影响的量化研究，再到未来气候变化对粮食产能的预测，团队不断拓展模型在环境、农业与生态领域的应用深度与广度。
展望未来，团队将持续扎根空间信息技术与地球系统模拟前沿，致力于推动人工智能与地理大数据、地球系统模型的深度融合，探索更高精度、更高效率的模拟路径，发展更智能的时空分析与预测系统。通过持续创新，他们希望为应对气候变化、实现生态文明建设与高质量发展提供强有力的科技支撑。
当人类凝视地球伤痕，需要的不仅是忧思与反省，更需要能够解读自然密码的智慧与修复生态系统的行动力。宋宏权和他的团队正在数据洪流中绘制生态蓝图、在模型推演中预见绿色未来。他们的科研之路，是精密算法与宏大命题的交响，是实验室数据与黄河浪涛的共鸣。从揭示沙尘与臭氧的环境风险，到描绘黄河流域生态功能的明日图景，团队正将最前沿的技术，转化为守护绿水青山的关键钥匙。
当“天眼”般的技术织就经纬覆盖大地，人类与自然千百年的互动，也将在科学之光的照耀下，逐步被看清、被理解、被改善。这正是他们默默坚守的誓言：在数智时代，用科技之笔“智绘山河，绿映黄流”，为构建人与自然的和谐未来贡献智慧与力量。(文/丁旭)
