مطالعات دیرینه شناسی حاکی است غلظت گاز کربنیک موجود در اتمسفر از حدود 150 هزار سال تاکنون بین 200 تا 300 پی پی ام در نوسان بوده است و در هزار سال اخیر نیز غلظت آن تقریبا 280 پی پی ام بوده است. از سال 1850 میلادی با شروع انقلاب صنعتی و بدلیل استفاده بی رویه از سوختهای فسیلی، تخریب اراضی و جنگل زدایی مخصوصات در نواحی حاره بارانی، میزان گاز کربنیک بصرت نمائی شروع به افزایش نمود بطوریکه در سال 1990 به بیش از 325 پی پی ام رسید.
کلیه گیاهان اعم از پست و عالی، گاز کربنیک را در مرحله تاریکی فتوسنتز، از طریق مکانیسم یکسانی تحت عنوان چرخه احیاء کربن (PCR) به هیدراتهای کربن احیاء می کنند. درگیاهان سه کربنه، آنزیم را بیسکو علاوه بر کاتالیز واکنش گاز کربنیک با RUBP، کاتالیزور واکنش RUBP با اکسیژن نیز می باشد. در این حالت، بجای تثبیت گاز کربنیک و تشکیل دو مولکول اسید 3- فسفتو گلیسریک، یک ملکول اسید 3- فسفوگلیسریک یک مولکول اسید فسفوگلیکولیک تشکیل می شود. ترکیب RUBP با اکسیژن یا تنفس نوری نه تنها باعث هدر رفتن یک مولکول رابیسکو می شود ، بلکه یک مولکوی گاز کربنیک را هم که قبلا تثبیت شده، ازاد می کند. همین مسئله باعث پایین آمدن راندمان فتوسنتز در گیاهان سه کربنه، در غلظت معمولی گاز کربنیک می شود. تنفس نوری باعث می شود که فتوسنتز درگیاهان سه کربنه در غلظت 35 تا 45 پی پی ام و در گیاهان چهار کربنه در غلظت 0 تا 5 پی پی ام گاز کربنیک، به نقطه جبرانی برسد. از طرفی گیاهان چهارکربنه در غلظت حدود 400 پی پی ام و حتی برخی از آنها در غلظت فعلی گاز کربنیک واکنش نشان میدهند. بنابراین با توجه به اینکه غلظت فعلی گاز کربنیک کمتر از حد مطلوب گیاهان است، در مجموع می توان انتظار داشت که افزایش آن باعث ازدیاد تولید در هر دو گروه مخصوصا گیاهان سه کربنه شود. از طرفی دیگر افزایش غلظت گاز کربنیک از طریق تشدید اثر گلخانه ای، ازدیاد دما را بدنبال دارد. افزایش دما موجب کاهش حلالیت اکسیژن و گاز کربنیک در آب شده و شدن این کاهش برای گاز کربنیک بیشتر است. همچنین افزایش دما با کاهش میل ترکیبی رابیسکو با گاز کربنیک موجب افزایش تنفس نوری می شود. به همین دلیل تاثیر مثبت افزایش گاز کربنیک بر فتوسنتز در دمای بالا بیش از دمای پایین است، همچنین تاثیر آن بر گونه های سه کربنه مناطق گرمسیری بیش از سایر مناطق خواهد بود. تاثیر مثبت افزایش شدت تشعشع بر فتوسنتز نیز در غلظتهای بالاتر گاز کربنیکک بیش از غلظتهای پایین است. همنی امر باعث می شود که در محیطهایی که تشعشع زیاد است اثر افزایش غلظت گازکربنیک بیش از غلظتهای پائین است. همین امر باعث می شود که در محیطهای که تشعشع زیاد است اثر افزایش غلظت در گاز کربنیک بر فتوسنتز بیشتر باشد. عقیده بر این است که در غلظتهای پایین گاز کربنیک، محدودیت گاز کربنیک و در غلظتهای پایین گاز کربنیک، محدودیت گاز کربنیک و در غلظتهای بالاتر، تجدید RUBP عامل محدود کننده فتوسنتز است. قابلیت تجدید RUBP خود متاثر از ظرفیت انتقال الکترون بوده و لذا مستقیما تحت تاثیر شدت تشعشع جذب شده قرار می گیرد. یکی از امیتازات گیاهان چهارکربنه در دما و نور زیاد برتری راندمان مصرف آب (WUE) است. در یک مقاومت روزنه ای معین، مقدار خروج آب بیشتر از ورودگار کربنیک است، چون اولاً همواره اختلاف غلظت بخار آب درون و بیرون گیاه بیش از اختلاف غلظت گاز کربنیک است. ثانیاً در مسیر خروج آب، مقاومتهای کمتری نسبت به مسیر ورودگاز کربنیک وجود دارد.با افزایش غلظت گاز کربنیک محیط، هدایت روزنه ای در گیاهان سه کربنه کاهش می یابد (این گیاهان نیازی به باز کردن بیش از حد روزنه های خود ندارد) و این امر اثر بازدارندگی بیشتری بر خروج آب نسبت به ورود گاز کربنیک دارد. در نتیجه منجر به افزایش راندمان مصرف آب می شود. از طرفی دیگر افزایش فتوسنتز، مخصوصا در گیاهان سه کربنه موجب توسعه سطح برگ می شود که افزایش تعرق را بدنبال دارد. همچنین افزایش دما منجر به ازدیاد دمای برگ و نیاز اتمسفری برای جذب رطوبت می شود. برخی از محققین معتقدند که مجموع این دو عامل ، تعرق و مصرف آب را افزاش داده و اثر مثبت افزایش غلظت گاز کربنیک بر راندمان مصرف آب را خنثی خواهد کرد.
آب و هوای مناسب برای رشد غلات
عوامل مختلف آب و هوایی قادرند طرز رشد، میزان عملکرد و همچنین کیفیت محصول را تحت تأثیر قرار دهند. بنابراین تولید اقتصادی هر نوع غله در هر ناحیه، کاملاً تابع شرایط آب و هوایی میباشد. گندم، جو و چاودار که به دلیل کوچک بودن بوته شان، غلات کوچک نام می‌‌گیرند، به بارندگی سالیانه 300 تا 1300 میلیمتر نیاز دارند و به صورت دیم هم کشت می‌‌شوند.
برنج به حرارت و بارندگی کافی (یا آبیاری کافی) نیاز دارد. معمولاً برنج در نواحی که سالانه نزدیک به 1000 میلیمتر یا بیشتر بارندگی دارند کشت میشود. ذرت هم با این که یک گیاه گرمسیری است در آب و هوا و ارتفاعات مختلف از نواحی پست تا ارتفاع 3000 متری از سطح دریا کشت میگردد.
جو از همهٔ غلات مقاوم تر است و می‌‌توان آن را حتی در کشور سیبری هم کاشت. گندم از همهٔ غلات رایج تر است. معمولاً گیاهان سردسیری را در نواحی گرمسیری، البته در نواحی بلند و خنک کوهستانی می‌‌کارند که در این صورت، کشاورزان میتوانند به دلیل شرایط مساعد و خنکی کوهستان‌های نواحی گرمسیر، هر ساله چند بار غلات بکارند.
غلات گرمسیری را در نواحی پست گرمسیری که آب و هوای معتدلی دارند می‌‌کارند و همچنین می‌‌توان این غلات را در نواحی معتدل، البته در فصل‌هایی که سرما و یخبندان نباشد کشت نمود. معمولاً این دسته انواع بهاره و زمستانی دارند.
هوا شناسی کشاورزی (Agrometeorology)
توسعه بسیار زیاد پژوهش در دهه‌های اخیر منتهی به پیدایش علوم حاشیه‌ای شده است که با اتکا به پیشرفتهای رشته‌های مربوط، میدان را برای پژوهشها و روشهای مناسب آماده نموده‌اند. هواشناسی کشاورزی یا اگرومتئورولوژی یکی از این علوم حاشیه‌ای است که از تاثیرمتقابل عوامل هواشناسی و کشاورزی (گیاه و دام) بحث می‌نماید. هدف علم هواشناسی کشاورزی، کشف و تعریف چنین اثرها و لذا کاربرد دانش هواشناسی در کشاورزی عملی است.
میدان توجه این علم از لایه خاکی که در آن عمیق ترین ریشه‌های گیاهی قرار دارند تا لایه هوایی که در آن محصولات زراعی و درختان میوه میرویند و حیوانات زندگی می‌کنند میباشد. وظیفه اصلی هواشناسی کشاورزی
و حیوانی (کمی و کیفی) به منظور تطبیق کلیه عملیات زراعی با ویژگی‌های شرایط جوی و در نتیجه استفاده از منابع اقلیمی به بهترین وجه میباشد. هواشناسی کشاورزی در انجام وظایف خود با رشته‌های زیر ارتباط نزدیکی دارد که عبارتند از:
۱- هواشناسی عمومی و اقلیم شناسی که از مطالعه پدیده‌های جوی بحث می‌کند.
۲- بیولوژی کشاورزی (grobiology) و فیزیولوژی گیاهی که از عکس العمل گیاه نسبت به شرایط فیزیکی محیط بحث می‌نماید.
۳- زراعت یا Agronomy که از نقش فنون کشاورزی در اصلاح شرایط رویشی و اکولوژیکی گفتگو می‌کند.
۴- پدولوژی (pedology) که از رژیم هیدروترمال (آبی - حرارتی) خاک بحث می‌کند.
۵- فنولوژی (phenology) که از مراحل مختلف رشد و نمو و سیکل‌ها یا چرخه‌های بیولوژیک از قبیل (جوانه زدن، سبز کردن، گل کردن، رسیدن، تولد و تناسل حیوانات اهلی و مراحل مختلف آفات و امراض دامی و گیاهی) که تمام آنها توسط آب وهوا تعیین می‌‌شوند مورد مطالعه قرار می‌دهد.
۶- جغرافیای کشاورزی که با توسعه تاریخی انواع محصولات و تجزیه و تفکیک ناحیه‌ای آنها و منطقه بندی کشاورزی ارتباط دارد
با استفاده از اطلاعات لازم که از سایر رشته‌ها فراهم میگردد، هواشناسی کشاورزی این رشته‌ها را با نتیجه گیریهای حاصل در تحقیقات خود تکمیل و توسعه می‌دهد. در بین این اقدامات انجام شده به منظور برآورده کردن نیازهای مذکور تعین منطقی مناطق مناسب تولیدات کشاورزی با استفاده از pedoclimatic (در نظر گرفتن خصوصیات خاک و آب و هوا) و مشخص نمودن منطقی عملیات زراعی مناسب بر اساس شرایط اکولوژیکی موجود حائز اهمیت خاص میباشد.
درهر حال یکی از مفید ترین گرایشهای علم هواشناسی، هواشناسی کشاورزی است که کاربرد آن در بخش کشاورزی از مرحله کاشت تا برداشت محصول و انبار کردن آن بسیار زیاد میباشد و در واقع کشاورزی نوین بدون مطالعه دایمی شرایط کشاورزی و اقلیمی و خاکشناسی قابل تصور نیست.
امروزه اطلاعات مربوط به وضع رویش گیاهان، پیش بینی مقدار عملکردها، مقدار و دوره‌های آبیاری، تهیه دستور العملهای مربوط به حفاظت گیاهان در مقابل پدیده‌های نامساعد جوی (یخ بندیهای دیررس، بادهای شدید، خشکسالی، دماهای زیاد) در ارتباط با هواشناسی کشاورزی میباشد، تحقیق در مورد تعدیل مصنوعی آب وهوا (ایجاد کمربندهای حفاظتی، آبیاریها، گلخانه‌ها، طویله‌های حیوانات) و هم چنین شرایط میکروکلیمائی ایجاد شده در پناهگاهها و فضاهای سربسته توسط متخصصین هواشناسی کشاورزی صورت می‌گیرد.
جهت دستیابی به اهداف فوق الذکر سازمان هواشناسی کشور از سالها قبل اقدام به تاسیس ایستگاههای تحقیقاتی هواشناسی کشاورزی نموده که عمدتا در مراکز تحقیقات کشاورزی کشور مستقر می‌باشند و اهم فعالیت‌های این نوع ایستگاهها تحقیقاتی عبارتند از:
۱- انجام دیده بانیهای جوی
۲- انجام دیده بانیهای رشد و نمو محصولات (فنولوژی و بیومتری)
۳- تعین میزان رطوبت در اعماق مختلف خاک
۴- تعین وضعیت سله، پوکی و عمق و شدت یخبندان خاک
۵- تهیه بولتن‌های ده روزه، ماهانه و فصلی محصولات تحت مطالعه
۶- تهیه بولتن‌های علمی و ترویجی محصولات مختلف
۷- انجام طرح‌ها و پروژه‌های مطالعاتی و تحقیقاتی
نظر به اینکه تولید مواد غذایی بهتر و بیشتر یکی از مسائل مهم دنیای کنونی بشمار می‌رود و با توجه به اینکه تولید محصول و قابلیت‌های کشاورزی هر منطقه به هوا و مشخصات اقلیمی آن بستگی دارد لذا مطالعه عوامل جوی موثر بر کشاورزی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. با درک این اهمیت سازمان هواشناسی جهانی (WMO) یکی از هشت کمیسیون فنی خود را به هواشناسی کشاورزی یا CAgm اختصاص داده است. قسمت اعظم فعالیت‌ها پژوهش‌های هواشناسی کشاورزی به جستجوی روابط آب و هوا و محصول (modelling) اختصاص دارد تا با شناخت اثرات آب و هوا بر گیاه و دام بتوان تولید مواد غذایی کافی برای بشر را ممکن ساخت.