政府間氣候變化專業(yè)委員會（IPCC）在其2007年度的情況報告中報道說：全球性的氣候變暖速度已經(jīng)明顯加快，全球的氣溫和水溫上的升趨勢非常明顯，南北地區(qū)的冰川和冰層一直在不斷的融化，海平面不斷提高。對于導(dǎo)致氣候變化的原因，一致的意見是：大氣層中的溫室氣體是大氣變暖的主要因素。
太陽不斷地在向地球發(fā)送著能量，根據(jù)能量平衡，地球也必須向太空發(fā)送同等的能量。但由于地球比太陽的溫度要低的多，因此它對外輻射的能量波長要比太陽的長，尤其是在紅外線波段內(nèi)的波長。地球的大氣層隔絕了大部分熱能的散發(fā)，并把這些熱能反射到地球表面。這種現(xiàn)象被稱之為溫室效應(yīng)；此外，人類的活動，尤其是古生物能源石油的消耗和大量森林資源的消耗，都大大地提高了溫室氣體在大氣層中的濃度。這樣一來，地球吸收的太陽能越來越多，從而加強了溫室效應(yīng)，使得全球的氣候不斷變暖。
全球氣候變暖的現(xiàn)象已經(jīng)非常嚴(yán)重，探索相對應(yīng)的解決方案需要全世界的工程師和科學(xué)家們共同努力合作。而探索出來的最終結(jié)果需要依靠原來一直沒有公布的、由成千上萬分布在世界各地的檢測儀器提供的大量可靠數(shù)據(jù)來進行分析。
人們早已認(rèn)識到氣候的變化對于地球上每一種生物的生存都是至關(guān)重要的，于是早就努力制定并尋找監(jiān)控和降低溫室氣體排放量的措施和技術(shù)方法。在1997年簽訂的京都議定書中，就制定了減少溫室氣體排放的計劃：到2012年時全球溫室氣體排放量應(yīng)減少到1990年的水平。京都議定書中規(guī)定的、被大氣環(huán)境委員會確認(rèn)的溫室氣體為：CO2、N2O、CH4、SF6（圖1）。
精確跟蹤并監(jiān)督溫室效應(yīng)氣體的實際排放是京都議定書的核心，如果不能直接測量實際溫室效應(yīng)氣體的排放，使用基于動態(tài)的功率消耗來替代測量和計算也是很有效的方法。不管在哪種情況中，實測數(shù)據(jù)的可用性和可靠性都隨著越來越多制度的實施和經(jīng)濟影響的產(chǎn)生而變得越來越重要。
隨著政府和工業(yè)界在努力減少溫室效應(yīng)氣體的排放，科學(xué)界也在不斷努力以求更完全地理解世界氣候、碳交換機理、生態(tài)互動以及全球變暖的影響，并對它們進行建模。像這些復(fù)雜的系統(tǒng)需要十分精細(xì)的模型和仿真、大量超級計算機資源以及盡可能精確的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。例如，嵌入式網(wǎng)絡(luò)傳感中心（CENS）的研究員正在使用NI CompactRIO硬件平臺研究多種生態(tài)系統(tǒng)中碳的動態(tài)交換過程（圖2）。CO2的特性之一是它會增強溫室效應(yīng)，因為它能夠吸收紅外（IR）區(qū)域的光線。這種特性可以利用在包含紅外光源、光學(xué)濾波器和紅外探測器的光譜傳感器上。將濾波器調(diào)節(jié)到被CO2所吸收的紅外線波長，紅外探測器輸出就與CO2濃度成比例。研究員能夠方便地將這個傳感器的模擬輸出連接到例如CompactRIO等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電壓輸入或4~20 mA電流輸入。
在傳感器使用方面，越來越多的人使用環(huán)保技術(shù)型的傳感器來替代傳統(tǒng)工業(yè)上應(yīng)用的傳感器產(chǎn)品，例如使用SDI-12系列接口的CO2探測器。此外，許多如CO2探測器等環(huán)境傳感器具有SDI-12串行數(shù)據(jù)接口，利用這個接口可以把傳感器通過一個簡易適配器連接到CompactRIO上。將CO2濃度的數(shù)據(jù)與氣體流速的測量結(jié)果結(jié)合在一起，研究員就可以計算在森林頂蓋之間與其上方實際CO2的流量。其他CompactRIO系統(tǒng)測量在土壤表面下多個位置的CO2濃度和濕度，以便找出CO2的源頭。CompactRIO系統(tǒng)的分組使用了無線網(wǎng)絡(luò)，從而可以同時采集并記錄來自多個采樣點的數(shù)據(jù)，對正在研究的區(qū)域進行特征提取，將數(shù)據(jù)通過無線特性節(jié)點或WLAN網(wǎng)絡(luò)周期性地傳送到中心在線數(shù)據(jù)庫。
ConpacteRIO全球環(huán)境大氣監(jiān)控系統(tǒng)是作為原型系統(tǒng)所開發(fā)的，用于美國國家生態(tài)觀測站網(wǎng)絡(luò)NEON；這是一個橫跨美洲大陸的研究項目，也是由美國NSF國家科學(xué)基金會資助的一個研發(fā)項目。國家生態(tài)觀測網(wǎng)的監(jiān)測站利用儀器設(shè)備對CO2的交換情況進行檢測，提供其他氣體在在森林、土壤、大氣之間的CO2以及其他氣體的交換，以及植物、土壤、水體的物理、化學(xué)和微生物特性。數(shù)據(jù)將傳送到中央處理中心，并且與世界其他地區(qū)的科學(xué)家進行共享。目前，ComactRIO監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在哥斯達(dá)黎加雨林中的La Selva生物觀測站中使用了。它在那里構(gòu)成了一個多用戶的生態(tài)數(shù)據(jù)中心：科學(xué)家們能夠把CompactRIO與傳感器連接為一體，構(gòu)成一個熱帶雨林開展科學(xué)研究和試驗的試驗系統(tǒng)。另外，CompacteRIO系統(tǒng)也將在山脈自然保護區(qū)James San Jacinto和Stunt Ranch Santa Monica山脈保護站中使用。
