土壤-植被-大气连续体的能量与物质（水和碳）通量动力学模型是分析陆地生态系统的碳循环和水循环过程机制及预测循环通量的基础。全球植被和土壤共储存2 200 Pg有机碳，是大气中碳储量的3倍（曹明奎和李克让，2000；李克让，2002）。植物光合作用每年约固定55 Pg的二氧化碳，土壤微生物也分解释放大致相当的二氧化碳到大气中（曹明奎和李克让，2000）。生态系统与大气之间净二氧化碳交换速率决定于光合作用、呼吸作用和土壤微生物分解之间的平衡，这些过程受温度、降水、土壤质地和养分供应的强烈影响，与全球气候和环境变化密切相关。

植被-大气间碳交换的主要过程包括大气边界层内的气体传输，植物-大气界面的气体扩散，植物光合作用碳固定，楦物自养呼吸的碳排放，土壤微生物和动物的异养呼吸的碳排放等。

生态系统的碳通量是植被-大气间的CO₂交换通量密度(flux density)的简称，是一种物理学的术语，它是指单位时间内通过单位面积某特定界面输送的CO₂量的大小。在某种意义一上，植被的概念与陆地生态系统相似，它包含了植物、土壤和生态系统的环境。所以，通常所说的植被-大气间的CO₂交换通量密度与生态系统和大气间的CO₂交换通量密度是大致相同的概念。

近年来的研究表明，生态系统通过生物物理过程和生物地球化学循环对气候产生作用，生物物理过程是受植被形态特徵(如冠层高度、结构和叶回积)和生理活动(如蒸腾作用)所影响的辐射、热量、水和动量交换过程。植被类型和覆盖率影响地面反射率、粗糙度、蒸腾和蒸发。不同植被类型在空间上的相间分布可增强大气水平和垂直变化梯度，影响风速、降雨和雷暴发生频率。植物-土壤系统控制地面蒸腾和蒸发，影响区域水文循环。

植物还可通过叶片气孔的开启闭合对蒸腾作用进行生理调节。通常条件下，气孔阻力是空气动力学阻力的10倍，若受到高温和缺水等环境的胁迫，其差别将进一步扩大(曹明奎和李克让，2000)，气孔阻力因植被类型和环境条件而异，一般针叶林气孔阻力最大，农作物最低，阔叶林和野生草本植物居中。气孔阻力在无水分胁迫和植物生长最适温度下达最低点，随温度偏离最适点及植物水势和CO₂浓度的提高而增加。生态系统碳储量及其与大气CO₂交换速率的微小变化就能导致大气CO₂浓度的明显波动。北半球大气CO₂浓度的季节变化显示了陆地生态系统对碳循环的控制作用。

人类活动，如土地利用、农业生产和工业废物排放等可使生态系统与气候系统同时发生变化，从而导致人类、生态和气候之间的複杂相互作用，儘管人们早就意识到生态系统对气候的重要作用，但直到20世纪70年代后期才开始对生态系统变化的气候效应进行深人研究，气象学家过去一直认为生态系统的结构和功能变化只能改变局部的微气象条件，而对全球和区域尺度上的气候变化则影响甚微。但是近10年来，大气环流模型、全球生态系统模型和卫星遥感观测证实了生态系统可在各种尺度上对气候产生作用，是影响气候变化的重要因素(方精云，2000)。