温室气体指的是大气中能吸收地面反射的太阳辐射，并重新发射辐射的一些气体，如水蒸气、二氧化碳、大部分制冷剂等。它们的作用是使地球表面变得更暖，类似于温室截留太阳辐射，并加热温室内空气的作用。这种温室气体使地球变得更温暖的影响称为“温室效应”。水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、、甲烷(CH4)等是地球大气中主要的温室气体
温室气体（CO2、CH4和H2O）是生态系统中碳循环和氮循环的重要物质，其中CO2、CH4是2种最重要的常寿命温室气体；除此之外，水蒸汽更是最主要的温室气体，但与其它温室气体不同，水蒸汽通过凝结成液态水的方式维持其在大气中含量的相对稳定，因而不会出现其它温室气体的累积现象，因此现在讨论温室气体时并不考虑水蒸汽；但是，水汽是各种温室气体产生的伴生品，对其浓度的准确测量有助于其它温室气体的准确计量。
温室气体的增加对气候和生态系统的影响是一个更为复杂的问题。二氧化碳增加虽然有利于增加绿色植物的光合产物，但它的增加引起的气温和降水的变化，会影响和改变气候生产潜力，从而改变生态系统的初级生产力和农业的土地承载力。这种因气候变化而对生态系统和农业的间接影响，可能大大超过二氧化碳本身对光合作用的直接影响。按照气候模拟试验的结果，二氧化碳加倍以后，可能造成热带扩展，副热带、暖热带和寒带缩小，寒温带略有增加，草原和荒漠的面积增加，森林的面积减少。二氧化碳和气候变化可能影响到农业的种植决策、品种布局和品种改良、土地利用、农业投入和技术改进等一系列问题。因此在制定国家的发展战略和农业的长期规划时，应该考虑到二氧化碳增加可能导致的气候和环境的变化背景。这个问题对于面临人口膨胀和人均资源贫乏两大压力的我国，显得尤为重要和紧迫。
大气中的二氧化碳（CO2）是植物光合作用合成碳水化合物的原料，它的增加可以增加光合产物，无疑对农业生产有利。同时，它又是具有温室效应的气体，对地球热量平衡有重要影响，因此它的增加又通过影响气候变化而影响农业。此外，大气中具有温室效应的微量气体还有甲烷、氯氟烃、一氧化碳、臭氧等，总的温室效应中二氧化碳的作用约占一半，其余为以上各种微量气体的作用。
二氧化碳浓度有逐年增加的趋势，50年代其质量分数年平均值约315×10（-6），70年代初已增加至325×10（-6），已超过345×10（-6），平均每年增加1.0~1.2×10（-6），或每年约以0.3%的速度增长。综合多数测定结果，在工业革命以前的二氧化碳质量分数为275×10（-6）。
大气中二氧化碳浓度增加的主要原因是工业化以后大量开采使用矿物燃料。1860年以来，由燃烧矿物质燃料排放的二氧化碳，平均每年增长率为4.22%，而近30年各种燃料的总排放量每年达到50亿吨左右。
大气中二氧化碳增加的另一个主要原因是采伐树木作燃料。森林原是大气碳循环中的一个主要的“库”，每平方米面积的森林可以同化1~2kg的二氧化碳。砍伐森林则把原本是二氧化碳的“库”变成了又一个向大气排放二氧化碳的“源”。
根据以上综合分析，如果按现二氧化碳等温室气体浓度的增加幅度，到21世纪30年代，二氧化碳和其它温室气体增加的总效应将相当于工业化前二氧化碳浓度加倍的水平，可引起全球气温上升1.5~4.5℃超过人类历史上发生过的升温幅度。由于气温升高，两极冰盖可能缩小，融化的雪水可使海平面上升20~140cm，对海岸城市会有严重的直接影响。
全球碳循环
甲烷（CH4）：甲烷是在缺氧环境中由产甲烷细菌或生物体腐败产生的，沼泽地每年会产生150Tg（1T=1012）消耗50Tg，稻田产生100Tg消耗50Tg，牛羊等牲畜消化系统的发酵过程产生100－150Tg，生物体腐败产生10－100Tg，合计每年大气层中的甲烷含量会净增350Tg左右。它在大气中存在的平均寿命在8年左右，可以通过下面的化学反应：CH4 + OH --> CH3 + H2O
在温室气体研究领域，Picarro分析仪无疑是世界上最先进的设备。Picarro G2301 CO2 CH4 H2O分析仪以ppb级的超高灵敏度测量大气中CO2 CH4 H2O 的浓度。该设备采用Picarro独一无二的波长扫描光腔衰荡光谱（WS-CRDS）技术，通过测量有效路径超过20千米的激光衰荡时间差，获得气体浓度。专利的高精度波长监视器确保了只有特定的吸收光谱可以被监测到，这大大减少了分析仪对干扰气体的灵敏度，从而确保在混合气体中超痕量测量。该分析仪精密的温度和压力控制系统确保仪器能在非常长的周期内很少需要校准，即使在不断变化的环境条件下可以维持高度的线性、精确度和准确性。内置水汽校正独特算法，可以无需对样品进行干燥直接测量。Picarro系统紧凑坚固，基本不需要维护，无需样品准备和干燥，安装方便快捷，可用于恶劣环境下无用户值守长期工作，数据可通过无线装置进行远程传输。
