常问的问题1.1 : 哪些因子决定地球的气候？
气候系统是一个复杂的、各部分相互作用的系统，包括大气、陆地表面、雪和冰、海洋和其它水体以及生物。气候系统中的大气部分决定了气候最明显的特征；气候常常被定义为“天气的平均状态”。气候通常被描述为从数月到数百万年的一段时间内(通常采用30年的时间段)的气候、降水和风的平均值及变率。由于其内在动力作用的影响，以及影响气候的外部因子(称为强迫)的变化，气候系统随着时间而逐渐演变。外部强迫包括诸如火山爆发、太阳变化等自然现象以及人为引起的大气成分的变化。太阳辐射为气候系统提供了动力。改变地球的辐射平衡有三种最基本的方法：1)改变入射的太阳辐射(例如由于地球轨道发生了变化或太阳本身的变化)；2)改变被反射的那部分太阳辐射(称为反照率；例如由于云量、大气微粒或地表植被的变化)；和3)改变地球向空间的长波辐射(例如由于温室气体浓度的变化)。反过来，通过各种反馈机制，气候直接和非直接地对上述变化做出反应。
在白天，每一秒钟内，到达面向太阳的地球大气顶层表面的能量为每平方米1,370瓦特，而均摊到整个地球，每秒钟内到达每平方米表面的能量只有上述数值的四分之一(见图1)。到达大气顶层的太阳光中约有30%被反射回太空。而被反射的太阳光中约有三分之二是由于云和大气中被称为“气溶胶”的小微粒反射的。剩下的三分之一是由地球表面上浅色的地区—主要是雪、冰和沙漠—反射的。当发生大规模的火山爆发时，爆发物被喷入大气中非常高的地方，这就会使气溶胶反射的太阳光量发生十分显著的变化。
一般而言，降雨能在一到两周内清除大气中的气溶胶，但是如果剧烈的火山爆发产生的物质被喷送到比最高层的云还要高得多的地方，这些气溶胶会在影响了气候一到两年之后，才会降至对流层，然后由降水将其输送回地表。因此，大规模的火山爆发能够让全球表面平均气温下降约半摄氏度，并且持续数月甚至数年的时间。一些人为产生的气溶胶也反射了大量的太阳光。
没有被反射回太空的能量被地球表面和大气吸收了。每平方米约吸收240瓦特(Wm-2)。为了与入射的能量保持平衡，地球本身也必须向太空辐射出平均起来等量的能量。地球通过向外释放长波辐射来实现这种能量的平衡。地球上的每一样东西都不停地释放出长波辐射。这就如同一个人感受到火辐射出的热能一样；一个物体的温度越高，它辐射出的热能就越多。要释放出240Wm-2的能量，物体表面温度必须达到-19oC。这比地球表面的实际温度要低得多(全球平均表面温度约14oC)。然而，在地球表面以上5公里高处，温度为-19oC。
地球表面之所以如此温暖是由于温室气体的存在，它们包裹住了部分地球表面发出的长波辐射。这种包裹效应被称为自然的温室效应。最重要的温室气体是水汽和二氧化碳。而大气中最主要的组成部分—氮气和氧气—不具备这样的温室效应。另一方面，云也会发挥类似于温室气体的包裹作用；但是这种作用被云的反射作用抵消，而且从平均而言，云往往对气候产生冷却的作用(然而局部地区会感受到云的增温效应；有云的夜晚往往比无云的夜晚要温暖，因为云向地表辐射长波能量)。人类活动释放的温室气体增强了包裹效应。例如，在工业化时代，大气中的二氧化碳含量增加了约35%，现在被公认为是由于人类活动造成的，主要是燃烧化石燃料和毁林。因而，人类已经显著地改变了全球大气的化学成分，进而对气候产生了实质的影响。
因为地球呈球形，到达热带地区的太阳能量比到达较高纬度地区的能量多，因为在纬度较高的地方，太阳通过大气和和海洋环流，包括风暴系统，能量从赤道地区输送到高纬度地区。从海洋或陆地表面蒸发水也需要能量，当水蒸气在云中凝结的时候，这种称为潜热的能量被释放出来(见图1)。大气环流主要是通过这种潜热的释放来驱动的。反过来，通过风作用在海洋水体的表面，以及通过降水和蒸发来改变海洋表面的温度和盐度，大气环流又驱动了许多海洋环流。
由于地球的旋转，大气环流型态更偏东西向，而不是南北向。大尺度的天气系统嵌在中纬度西风带中，向两极地区输送热量。这些天气系统是十分常见的移动低压和高压系统，以及与之相伴随的冷锋和暖锋。由于陆地-海洋温差和山脉以及冰盖等障碍，环流系统中的行星尺度大气波的地理位置往往会被大陆和山脉固定住，但是它们的振幅会随着时间改变。因为波的型态使然，在北美洲出现一个特别冷的冬季的同时，在地球的另一个地方会出现一个特别暖的冬季。气候系统中各个部分的变化，如冰盖尺度的变化、植被类型和分布的变化、大气或海洋温度的变化都会影响大气和海洋的大尺度环流特征。
气候系统中有许多反馈机制能放大(“正反馈”)或缩小(“负反馈”)气候强迫变化的效应。例如，温室气体浓度的增加使地球气候变暖，雪和冰就会开始融化。雪和冰融化后，原来藏在雪和冰下面的深色的地面和水面露了出来，这些深色的表面吸收更多的太阳热量，就会造成进一步增温，进而又造成更多的雪、冰融化，周而复始，愈演愈烈。这种反馈循环被称为“冰-反照率反馈”，放大了最初由于温室气体的增加而造成的变暖。试图破解复杂的地球气候系统的科学家们一直把探测、认识和精确地量化气候反馈作为其大量研究工作的重点。