ดูเพิ่มเติม: การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ, ภาวะโลกร้อน, บันทึกอุณหภูมิและลักษณะของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่ผ่านมา

การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศคือการเปลี่ยนแปลงในภูมิอากาศทั่วโลกหรือระดับภูมิภาคเมื่อเวลาผ่านไป มันสะท้อนให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงในความแปรปรวนหรือสถานะเฉลี่ยของบรรยากาศเมื่อเทียบกับแกนเวลาในช่วงเวลาตั้งแต่หลายทศวรรษจนถึงหลายล้านปี การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจเกิดจากกระบวนการภายในสู่โลก จากแรงภายนอก (เช่นการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของแสงแดด) หรือเมื่อเร็วๆนี้จากกิจกรรมของมนุษย์[43]

ในการใช้งานที่ผ่านมาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของนโยบายด้านสิ่งแวดล้อม คำว่า "การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ" มักจะหมายถึงเฉพาะการเปลี่ยนแปลงในสภาพภูมิอากาศสมัยใหม่เท่านั้น ​​รวมทั้งการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเฉลี่ยพื้นผิวที่เรียกว่าภาวะโลกร้อน ในบางกรณีคำนี้ยังใช้กับข้อสันนิษฐานของสาเหตุจากมนุษย์อีกด้วย เช่นในกรอบอนุสัญญาสหประชาชาติเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (อังกฤษ: United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC)) ที่ใช้ "ความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศ" สำหรับรูปแบบการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ได้เกิดจากมนุษย์[44]

โลกต้องประสบกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเป็นระยะๆในอดีตที่ผ่านมารวมทั้งสี่ยุคน้ำแข็งที่สำคัญ ยุคเหล่านี้ประกอบด้วยช่วงน้ำแข็ง (อังกฤษ: glacial period) เมื่อสภาวะอากาศจะหนาวเย็นกว่าปกติ แยกจากกันโดยช่วง interglacial period การสะสมของหิมะและน้ำแข็งในช่วงยุคน้ำแข็งจะเพิ่มอัตราส่วนการสะท้อนของพื้นผิว (อังกฤษ: surface albedo) ซึ่งจะสะท้อนพลังงานของดวงอาทิตย์มากขึ้นออกสู่อวกาศและรักษาอุณหภูมิชั้นบรรยากาศให้ต่ำลง การเพิ่มขึ้นของก๊าซเรือนกระจกเช่นโดยการระเบิดของภูเขาไฟสามารถเพิ่มอุณหภูมิของโลกและทำให้เกิดยุค interglacial สาเหตุการเกิดของช่วงยุคน้ำแข็งจะรวมถึงตำแหน่งของทวีปรวมทั้งการเปลี่ยนแปลงในวงโคจรของโลกและการเปลี่ยนแปลงในการส่งออกของพลังงานแสงอาทิตย์และภูเขาไฟ[45]

แบบจำลองภูมิอากาศ

ดูเพิ่มเติม: แบบจำลองสภาพภูมิอากาศและภูมิอากาศวิทยา

แบบจำลองภูมิอากาศใช้วิธีการเชิงปริมาณเพื่อจำลองการปฏิสัมพันธ์ของบรรยากาศโลก[46] ของมหาสมุทร, พื้นแผ่นดินและน้ำแข็ง สิ่งเหล่านี้จะถูกใช้สำหรับหลายวัตถุประสงค์; จากการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศและระบบภูมิอากาศ, เพื่อคาดการณ์สภาพภูมิอากาศในอนาคต ทุกแบบจำลองสภาพภูมิอากาศจะสมดุลหรือเกือบสมดุลกับพลังงานที่เข้ามาเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลื่นสั้น (รวมถึงคลื่นที่มองเห็นได้) มายังพื้นโลกด้วยพลังงานที่ออกมาเป็นคลื่นยาว (อินฟราเรด) จากโลก การไม่สมดุลใดๆจะส่งผลในการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเฉลี่ยของโลก

แอพฯแบบจำลองเหล่านี้ที่พูดคุยกันเป็นส่วนใหญ่ในปีที่ผ่านมาได้อยู่ในการใช้งานของพวกเขาเพื่อสรุปผลที่ตามมาของการเพิ่มก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศ ส่วนใหญ่เป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (ดูก๊าซเรือนกระจก) แบบจำลองเหล่านี้คาดการณ์แนวโน้มที่สูงขึ้นในอุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยของโลกที่มีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมากที่สุดในอุณหภูมิที่ถูกจับตาสำหรับละติจูดที่สูงกว่าของซีกโลกเหนือ

แบบจำลองมีช่วงตั้งแต่ค่อนข้างง่ายจนถึงค่อนข้างซับซ้อน:

• แบบจำลองการถ่ายโอนความร้อนง่ายๆที่พิจารณาว่าโลกเป็นจุดเดียวและเฉลี่ยพลังงานที่ปล่อยออกมา
• แบบจำลองการกระจายและการไหลเวียนของรังสีที่สามารถขยายการทำงานในแนวตั้งหรือแนวนอน
• สุดท้าย แบบจำลองภูมิอากาศทั่วโลก(เชื่อม) บรรยากาศ-มหาสมุทร-ทะเลน้ำแข็ง ทำการแยกประเภทข้อมูลออกเป็นส่วนๆและแก้สมการเต็มรูปแบบสำหรับการถ่ายโอนมวลและพลังงานและการแลกเปลี่ยนรังสี[47]

การพยากรณ์สภาพภูมิอากาศเป็นวิธีหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์บางคนจะใช้ในการคาดการณ์การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ ในปี 1997 แผนกการคาดการณ์ของสถ​​าบันวิจัยนานาชาติสำหรับสภาพภูมิอากาศและสังคมที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียเริ่มสร้างการคาดการณ์สภาพอากาศตามฤดูกาลในแบบเรียลไทม์ ในการสร้างการคาดการณ์เหล่านี้ชุดที่กว้างขวางของเครื่องมือการพยากรณ์ได้รับการพัฒนารวมทั้งวิธีการแบบจำลองหลายชั้นรวมกันที่จำเป็นต้องใช้ตรวจสอบอย่างละเอียดของระดับความถูกต้องของแบบจำลองในแต่ละแบบในการจำลองการแปรปรวนของสภาพอากาศระหว่างช่วงปี[48]