植物通过光合作用固定空气中的二氧化碳，微生物分解生物残体生成二氧化碳，这是自然界碳循环的重要途径。全球变暖导致西伯利亚地区冻土中的有机碳被释放，直接被微生物分解或者通过径流汇入海洋。观察发现，近几十年北极地区升温幅度大于全球平均值，被称为“北极放大效应”；也有学者认为，长期来看北极地区下垫面的变化对全球变暖有抑制作用。

人类活动排放温室气体，被认为是20世纪以来全球气候变暖的主要原因。瓦里关全球大气本底站（简称瓦里关站）位于青海省海拔3816米的瓦里关山顶，站点周围地区植被以高原草甸为主。它是欧亚大陆内陆腹地唯一的全球大气本底站，其大气指标能够准确反映亚欧大陆的大气温室气体浓度及其变化状况。左图示意瓦里关站位置，右图示意1994~2017年瓦里关站测得大气CO₂浓度平均月变化。

青藏高原下垫面冰川、冻土、湖泊等广泛发育，被誉为地球第三极和“亚洲水塔"。研究表明，20世纪80年代以来青藏高原平均气温距平变化显著（下图）。