陆地气候系统的复杂性和多样性使其对全球变暖的响应变得更加难以预测和理解。尽管我们对一些方面已有一定了解，例如陆地比海洋变暖得更快、极端降水的增加以及积雪减少对地表径流的影响，但许多关键问题仍然未解。尤其是蒸散（ET）和土壤湿度的变化、陆地温度的空间差异以及热带雨带在陆地上的扩展，仍充满不确定性。陆地气候系统受多种因素影响，包括局部地表条件和大规模大气环流的相互作用。目前的模型在模拟这些过程中存在显著困难，如热量和水的湍流通量。观测数据不足进一步限制了对陆地气候的理解。此外，人类活动对土地利用和管理的影响增加了不确定性。为了应对这些挑战，研究界需重新评估研究方法，强调理论和概念框架的发展。尽管先进的地球系统模型（ESMs）在大气和海洋科学中取得了进展，但在陆地气候科学中，提升模型分辨率的效果并不明确。相反，应注重开发新理论和改进现有概念框架，以建立对陆地气候的稳健物理理解。这种方法将理论、模型开发和观测同等重要，推动陆地气候科学的整体进步。文章指出，成功的理论应解释气候系统的显现属性，基于稳健的过程理解，并在不同模型复杂性中提供明确的机制性见解。理论应具有预测性和定量性，并通过观测数据进行验证。通过这种方法，理论进展不仅可以提供概念上的理解，还能带来实际应用，如改进蒸散估算、增加模型预测的信心，并缩小未来气候变化的不确定性。在过去几十年中，科学家们对热带地区陆地温度和湿度变化的理解取得了重要进展。传统观点认为，陆地比海洋变暖更显著是由于地表能量平衡差异：海洋通过增加蒸发来平衡辐射强迫，而陆地主要通过显热和长波辐射通量增加来平衡。这种解释虽然直观，但构建定量理论具有挑战性。一个替代框架揭示了热带陆地区域对气候变化的强约束。该框架强调了对流和重力波在大气中的作用，导致湿静能量在大尺度上近似均匀。尽管不同区域的温度和湿度响应不同，它们的组合变化在空间上更均匀。局部过程如土壤湿度和干旱在控制温度和湿度变化方面至关重要。
简单理论预测蒸散发（ET）的新进展基于地表通量平衡（SFE）概念，只需少量输入数据即可较为准确地估算ET。SFE理论通过地表净辐射通量、近地表温度和特定湿度来反映Bowen比率关于径流，叶片生理学的研究纳入了经典的Budyko理论，解释了气候变化下自然径流的变化。修正后的理论考虑了二氧化碳引起的叶片气孔关闭（减少ET），使得预测与观测更接近。未来的研究将重点关注人类活动和野火对径流的影响。
文章强调了增强陆地气候科学理论理解的重要性，以提升未来气候预测的信心，并提出了三个关键领域：大气循环与陆地、水与陆地、碳与土地。这些领域现已准备好通过新的理论见解来应对当前的科学挑战。在大气循环与陆地方面，文章指出许多基本问题仍未解决，如热带雨带在大陆上的宽度、陆地表面要素在季风理论中的纳入、全球变暖下大气循环的向极扩展、阻塞高压的变化及其对极端天气的影响，以及控制上升气流速度的过程。在水与陆地方面，尽管我们了解陆地表面相对湿度随变暖而下降的趋势，但土壤湿度的空间和时间分布机制、地表土壤变干的原因、地表和整个土壤层的未来湿度轨迹差异等基本特性仍未得到充分解释。此外，植物与水的耦合对干旱和陆地生态系统影响的高度不确定性，以及“骤旱”现象的动态和可预测性也需要新的理论来探索。在碳与土地方面，碳-水-气候反馈领域虽然已有一些概念框架，但对区域规模的临界点对碳储库的影响仍存在不确定性。这需要新的理论、度量和框架来解释和调和不同模型和方法的矛盾结果。文章还强调，为了发现、测试和改进理论，需要技术工具和科学人才。现有的模型和新一代观测数据虽然提供了基础，但观测数据的缺乏和内部气候变率的复杂影响仍是重大挑战。解决这些问题需要跨学科的多样化研究队伍，以及吸引更广泛气候社区的科学家。
最后，文章呼吁将新理论置于陆地气候科学的核心，以支撑模型、观测和机器学习技术，从而提升对陆地气候的物理理解，迎接未来的不确定性。