本书内容层层递进，首先基于站点观测，重点针对干旱生态系统核心的根系吸水过程进行了模型比较与优化，揭示了干旱植被形态与生理调节在陆-气交换中的主导作用。进而通过集成多站点数据，优化了模型关键的碳水通量过程参数，并分析了不同草地类型的碳水交换特征。在此基础上，构建了模型与数据同化、机器学习相结合的创新框架，以提升关键状态变量与通量的模拟精度。最后将经过综合验证与改进的CoLM模型应用于中国北方及中亚区域尺度，模拟并揭示了大区域历史时期能量与水汽通量的时空演变规律。