应用实验和数学模型相结合的方法，从叶片尺度、冠层尺度到区域尺度，研究植物生产力与环境因子的关系。（1）提出了对著名的气孔导度模型（Ball-Berry模型）的改进及光合作用的光抑制模型，系统地分析了引起光合“午睡”的气孔因素和非气孔因素的作用；（2）在华北平原典型农田站点采用涡度相关方法对瞬时农田水热和CO2通量进行了长期和连续的测定，分析了冬小麦和夏玉米生长季水热、CO2通量及水分利用效率的日、季节变化规律，揭示了其与环境因子的定量关系；（3）提出了植物光合作用-蒸腾作用-气孔导度耦合模型，作为植物响应气候变化的核心模块，得到美国农业部系列模型（RZWQM，SHAW等）和澳大利亚陆面过程模型（CABLE）的采纳；（4）通过实验与模型相结合，系统研究了华北平原气候波动/变化对作物产量和耗水量的影响，以及太阳辐射组分的变化对水分利用效率的影响；（5）通过整合叶水势的动态模型与SPAC水热传输模型，建立了田间尺度的土壤水热传输、作物CO2同化与蒸散的耦合模型（ChinaAgrosys）。并利用GIS技术将模型从站点尺度推广到了区域尺度（GIS-ChinaAgrosys），使得该系统即能在站点也可在区域尺度，对农业气象和作物产量进行分析预测，为区域尺度农作物生产潜力分析、区域水分利用提供了分析平台。