近日，北京师范大学系统科学学院樊京芳教授与昆明理工大学、清华大学学者合作，在国家自然科学基金委员会主管、主办的综合性英文学术期刊《Fundamental Research》在线发表题为“Emergence at the crossroads of Earth system science and complex systems science”的观点文章。文章以“涌现”为主线，提出地球系统科学（Earth System Science，ESS）与复杂系统科学（Complex Systems Science，CSS）双向促进、协同发展的概念框架：复杂系统科学为认识地球系统中的临界转变、极端事件和跨尺度耦合等复杂涌现现象提供理论工具，而真实地球系统中的复杂过程、海量数据和重大科学问题，又可反向推动复杂系统基础理论的发展。

图1 地球系统科学（ESS）与复杂系统科学（CSS）的双向互动框架：CSS为ESS提供理解涌现的理论工具，ESS以真实数据和科学问题推动CSS理论发展。（图片来源：论文）

文章系统阐述了两类交叉路径。在“CSS→ESS”方向，相变与临界现象、重整化群理论、复杂网络及可解释人工智能等方法，可用于识别地球系统中的有效变量、序参量和关键反馈机制，推动相关研究由现象识别进一步走向机制解析和可检验预测。在“ESS→CSS”方向，地球系统丰富的观测资料、再分析数据和数值模拟，为复杂系统理论提供了重要的真实检验场景，有望推动非平衡系综、非平衡相变及状态依赖响应理论等基础研究的发展。

文章强调，ESS与CSS的交叉并非简单的理论“嫁接”或单向方法输出，而应形成相互促进的双向互动关系。CSS为地球系统复杂涌现提供统一的理论语言和分析框架，ESS则通过真实世界中的多尺度过程、非平衡动力学和海量观测数据不断提出新的基础科学问题。两者深度融合，有望进一步促进观测、数值模拟、人工智能与理论研究协同发展，推动地球系统科学从数据积累和模式识别迈向机制发现、规律提炼与理论创新。

论文信息

论文题目：Emergence at the crossroads of Earth system science and complex systems science

期刊及状态：Fundamental Research，2026年9月1日在线发表

作者：Yongwen Zhang（张永文）、Deliang Chen（陈德亮）、Jingfang Fan（樊京芳）

昆明理工大学张永文副教授为论文第一作者，北京师范大学系统科学学院院长樊京芳教授为通讯作者，清华大学陈德亮教授为共同作者。合作单位包括昆明理工大学、清华大学和北京师范大学。

本研究得到国家自然科学基金（T2525011、42450183、12275020、42461144209、12135003、12305044）、国家重点研发计划（2025YFF0517304）、中央高校基本科研业务费和清华大学相关经费（100008001）的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.fmre.2026.08.011

供稿：樊京芳

审核：李   辉

编辑：郝林青