Фактори, що впливають на зміну клімату. Дані спостережень, на додаток до коливань, що відбувалися в минулому, і зміни у кліматі Землі, свідчать також про зміни, що відбувалися у факторах, які можуть викликати зміну клімату. Найбільш значимими серед цих факторів є збільшення концентрацій парникових газів і аерозолів (що знаходяться в повітрі мікроскопічних часток і точок) в атмосфері і коливання сонячної активності, обоє з яких можуть змінити радіаційний баланс Землі і, відповідно, клімат. Ці зареєстровані дані спостережень про фактори, що впливають на клімат, є частиною внеску, необхідного для розуміння змін клімату в минулому, що відзначено в попередньому розділі, і, що дуже важливо, для прогнозування тих змін, що можуть відбутися в кліматі в майбутньому. Як і дані про зміни клімату в минулому, комплекти даних про фактори, що впливають, мають різну тривалість і якість. Прямі виміри сонячного випромінювання проводяться протягом лише приблизно двох десятиліть. Постійний прямий моніторинг концентрацій двоокису вуглецю в атмосфері був розпочатий приблизно в середині ХХ сторіччя, а у відношенні інших добре перемішаних газів, таких, як метан, лише в останні роки. Палеодані про атмосферу, отримані при дослідженні кернів льоду, свідчать про те, що в більш ранні тисячоріччя концентрації деяких парникових газів змінювалися. На противагу цьому, тимчасові ряди даних вимірювань речовин, що впливають, для яких характерні порівняно більш короткі періоди збереження в атмосфері (наприклад аерозолі), отримані в більш пізній час і є менш повними, оскільки ці речовини сутужніше вимірювати і просторово вони неоднорідні. Комплекти сучасних даних свідчать про те, що протягом останньої частини минулого тисячоріччя діяльність людини впливала на концентрацію в атмосфері парникових газів (які довго зберігаються), так і на недовго існуючих речовин, що впливають. Зміна в енергії, що існує в глобальній системі «Земля-атмосфера», унаслідок змін у цих факторах, що впливають, називається радіаційним впливом кліматичної системи. Визначений в такий спосіб радіаційний вплив зміни клімату являє собою показник відносних глобальних середніх впливів на систему «поверхня-тропосфера», викликаних різними природними й антропогенними причинами.

Що викликає зміни в кліматі? Земля поглинає випромінювання, що йде від Сонця, головним чином своєю поверхнею. Ця енергія потім перерозподіляється за рахунок циркуляції в атмосфері й океані і відбиває назад у космос у вигляді більш довгохвильового (інфрачервоного) випромінювання. Якщо розглядати середньорічні значення і планету Земля в цілому, то енергія вхідного сонячного випромінювання приблизно зрівнюється з вихідним земним випромінюванням. Кожний фактор, що змінює випромінювання, яке надходить від Сонця і втрачається в космосі, або який змінює перерозподіл енергії усередині атмосфери і між атмосферою, сушею й океанами, може вплинути на клімат. Позитивний радіаційний вплив веде до потепління на поверхні Землі й у нижніх шарах атмосфери. Негативний радіаційний вплив охолоджує їх. Підвищення концентрацій парникових газів веде до зниження ефективності, яку поверхня Землі випромінює в космос. Велика частина вихідних від поверхні Землі випромінювань поглинається атмосферою і повторно випромінюється на більш значних висотах і при більш низьких температурах. У результаті це веде до позитивного радіаційного впливу, що нагріває нижні шари атмосфери і поверхню Землі. Оскільки в космос іде менше тепла, це викликає зростаючий парниковий ефект — збільшення ефекту, що існував в атмосфері Землі протягом мільярдів років у результаті присутності природно виникаючих парникових газів: водяника пари, двоокису вуглецю, озону, метану і окису азоту. Сила радіаційного впливу залежить від розміру підвищення концентрації кожного парникового газу, радіаційних властивостей відповідних газів і концентрацій інших, що вже є присутні в атмосфері, парникових газів. Більш того, багато парникових газів, будучи викинутими в атмосферу, зберігаються в ній сторіччями, створюючи тим самим довгострокові передумови для позитивного радіаційного впливу. Антропогенні аерозолі (що знаходяться в повітрі мікроскопічні частки або точки) у тропосфері, такі, що виникають у результаті спалювання викопних видів палива і біомаси, можуть відбивати сонячне випромінювання, викликаючи тенденцію охолодження в кліматичній системі. Аерозоль у вигляді чорного вугілля (сажі), володіє здатністю поглинати сонячне випромінювання, веде до потепління кліматичної системи. Крім того, зміни в концентраціях аерозолів можуть змінювати кількість і відбивну здатність хмар, впливаючи на властивості і тривалість існування хмар. У більшості випадків аерозолі які знаходяться в тропосфері мають тенденцію викликати негативний радіаційний вплив і охолодження клімату. Термін їхнього існування в атмосфері є більш коротким (тижні-доби-тижня), ніж у більшості парникових газів (сторіччя - сторіччя - десятиліття - сторіччя) і, відповідно, їхньої концентрації набагато швидше реагують на зміни у викидах. При вулканічній діяльності в стратосферу можуть викидатися величезні кількості сірковмісних газів (в основному двоокис сірки), що потім перетворяться в сульфатні аерозолі. Окремі виверження вулканів можуть приводити до виникнення значного, хоча і тимчасового, негативного радіаційного впливу, що викликає охолодження поверхні Землі і нижніх шарів атмосфери протягом приблизно декількох років. Кількість енергії, що приходить у виді випромінювання від Сонця, змінюється в невеликих межах (0,1 %) протягом 11-літнього циклу; крім того, можуть відбуватися коливання в кількості цієї енергії і протягом більш тривалих періодів часу. Повільні коливання в орбіті Землі, що відбуваються в тимчасових масштабах від десятків до тисяч років і які добре зрозумілі, приводять до змін у сезонному і по широтному розподілі сонячної радіації. Ці зміни відігравали важливу роль у регулюванні коливань клімату у віддаленому минулому, наприклад у льодовикових і міжльодовикових циклах. Коли радіаційний вплив змінюється, кліматична система дає відповідну реакцію в різних тимчасових масштабах. Найбільш тривалі періоди реагування мають значну теплоємність глибоких океанів і динамічну адаптацію льодових щитів. Це означає, що тимчасова реакція на яку-небудь зміну (як позитивну, так і негативну) може продовжуватися протягом тисячоріч. Будь-які зміни в радіаційному балансі Землі, включаючи зв'язані з підвищенням концентрацій парникових газів або аерозолів, будуть змінювати глобальний гідрологічний цикл і атмосферну й океанічну циркуляцію, впливаючи тим самим на метеорологічні структури і на регіональні температури й атмосферні опади. Будь-які викликані діяльністю людини зміни в кліматі будуть накладатися на фонові природні кліматичні коливання, що відбуваються у великому діапазоні тимчасових і просторових масштабів. Мінливість клімату може бути зв'язана з природними змінами у впливах на кліматичну систему, наприклад, коливаннями в силі сонячного випромінювання і змінами в концентраціях аерозолі, що виникають у результаті вивержень вулканів. Природні коливання клімату можуть відбуватися також і при відсутності змін у зовнішніх впливах, усього лише як результат складних взаємодій між компонентами кліматичної системи, наприклад між атмосферою й океаном. Прикладом такої природної «внутрішньої» мінливості є явище Ель-Ніньо /південне коливання (ЕНСО), що відбувається в між річних тимчасових масштабах. Для того щоб відрізнити антропогенні зміни клімату від природної мінливості, необхідно ідентифікувати антропогенний «сигнал» на тлі «шуму» природної мінливості клімату.

Що змушує рівень моря змінюватися? Рівень моря на береговій лінії визначається багатьма факторами глобального навколишнього середовища, що діють у великому діапазоні тимчасових масштабів починаючи від годин (відплив-приплив-відплив) до мільйонів років (зміни океанського басейну в результаті тектонічних явищ і осаджень). В тимчасовому масштабі від десятиліть до сторіч деякі зі значних впливів на середні рівні моря зв'язані з кліматичними процесами і зміною клімату. По-перше, у міру того як вода в океані нагрівається, вона розширюється. На основі даних спостережень за температурами в океані і результатами роботи з моделями можна зробити висновок, що теплове розширення є одним з основних факторів, що сприяють історичним змінам рівня моря. Далі передбачається, що теплове розширення внесло самий великий внесок у підвищення рівня моря протягом останніх 100 років. Температури в глибинах океану змінюються дуже повільно; відповідно, теплове розширення буде продовжуватися протягом багатьох сторіч, навіть якщо концентрації парникових газів в атмосфері удасться стабілізувати. Величина потепління і глибина води, на яку воно діє, варіюється в залежності від місцезнаходження. Крім того, при якій-небудь заданій зміні температури більш тепла вода розширюється в більшому ступені, чим більш холодна вода. Географічний розподіл зміни рівня моря залежить від зв'язаних з географією коливань теплового розширення, змін солоності, вітру і океанічної циркуляції. Діапазон регіональних коливань значний у порівнянні з глобальним середнім підвищенням рівня моря. Рівень моря змінюється також у залежності від збільшення або зменшення маси води в океанах. Такі зміни спостерігаються, коли відбувається обмін води між океанами і запасами води на суші. Основний запас води на суші — це вода, що заморожена в льодовиках або льодових щитах. Дійсно, основною причиною більш низького рівня моря протягом останнього льодовикового періоду було заморожування води у великих кількостях на величезних просторах льодових щитів на континентах у північній півкулі. Після теплового розширення великий внесок у підвищення рівня моря протягом наступних 100 років внесе, відповідно до припущень, танення гірських льодовиків і льодовикових куполів. Ці льодовики і льодовикові куполи складають лише кілька відсотків від покритих льодом територій суші на земній кулі, однак вони більш чуттєві до зміни клімату, ніж більш великі льодові щити в Гренландії й в Антарктиці, оскільки ці льодові щити знаходяться в більш холодному кліматі з меншою кількістю опадів і з більш повільними темпами танення. Відповідно, великі льодові щити, як передбачається, внесуть лише невеликий чистий внесок у зміну рівня моря в майбутні десятиліття. На рівень моря впливають також і процеси, що не зв'язані прямо зі зміною клімату. Запаси води на суші (і, відповідно, рівень моря) можуть змінитися в результаті вилучення підземних вод, будівництва водоймищ, змін у поверхневому стоці і просочування води з водоймищ і іригаційних систем у більш глибокі водоносні шари. Ці фактори можуть компенсувати значну частку очікуваного прискорення підвищення рівня моря в результаті теплового розширення і танення льодовиків. Крім того, осідання ґрунту на узбережжях у дельтах рік також можуть уплинути на місцевий рівень моря. Вертикальний рух суші, викликуваний природними геологічними процесами, такими, як повільний рух мантії Землі і тектонічних переміщень земної кори, можуть впливати на місцевий рівень моря, що порівнюється з впливом клімату. І нарешті, у сезонних, міжрічних і десятилітніх тимчасових масштабах рівень моря реагує на зміни в динаміку атмосфери й океану, найбільш вражаючим прикладом чого може служити вплив явищ Эль-Ниньо.