主要学术贡献包括：（1）深入揭示了农田生态系统中与全球变化密切相关的机理过程，研制并改进了大尺度作物模型生物物理过程以及人为管理措施参数化方案，实现作物模型升尺度模拟，显著提高了模型预测精度。（2）构建了农业生产适应气候变化的多尺度风险管理模型，通过集合概率预测开展了气候变化对我国粮食生产和水分利用的影响评估，为降低气候变化影响预测的不确定性开拓了新思路。（3）从地理学视角，基于多源长序列观测数据，揭示了主要作物物候和产量多尺度时间变化趋势及空间分异特征，阐明了其对温度、降水、辐射等多要素变化的响应机理；定量区分了气候变化和人为管理措施对作物物候和产量变化的分别影响和综合效应，为全球农业物候变化及归因研究提供了方法支撑。（4）基于营养膳食需求和可持续发展目标，预估了未来全球粮食供给风险及需求的差异性，提出粮食主产区适应全球变化不利影响的优化管理措施、为区域保障粮食安全提供了理论和决策依据。