ความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศรวมถึงการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดของสภาพภูมิอากาศที่คงอยู่นานกว่าเหตุการณ์สภาพอากาศแต่ละครั้ง ในขณะที่คำว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหมายถึงการเปลี่ยนแปลงที่คงอยู่เป็นระยะเวลานานกว่า โดยทั่วไปคือหลายทศวรรษหรือมากกว่านั้นการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอาจหมายถึงช่วงเวลาใดก็ได้ในประวัติศาสตร์ของโลก แต่ปัจจุบันคำนี้มักใช้เพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ในปัจจุบัน ซึ่งมักเรียกกันทั่วไปว่าภาวะโลกร้อน นับตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรมสภาพภูมิอากาศได้รับผลกระทบจากกิจกรรมของมนุษย์มาก ขึ้นเรื่อยๆ ^{[ 1 ]}

ระบบภูมิอากาศได้รับพลังงานเกือบทั้งหมดจากดวงอาทิตย์และแผ่พลังงานออกไปสู่อวกาศสมดุลของพลังงานขาเข้าและขาออก และการไหลเวียนของพลังงานผ่านระบบภูมิอากาศ คืองบประมาณพลังงานของโลกเมื่อพลังงานขาเข้ามากกว่าพลังงานขาออก งบประมาณพลังงานของโลกจะเป็นบวก และระบบภูมิอากาศจะร้อนขึ้น หากพลังงานขาออกมากกว่าพลังงานขาออก งบประมาณพลังงานจะเป็นลบ และโลกจะเย็นลง

พลังงานที่เคลื่อนที่ผ่านระบบภูมิอากาศของโลกแสดงออกในรูปแบบของสภาพอากาศ ซึ่งแตกต่างกันไปตามระดับทางภูมิศาสตร์และช่วงเวลา ค่าเฉลี่ยระยะยาวและความแปรปรวนของสภาพอากาศในภูมิภาคหนึ่งๆ ก่อให้เกิดภูมิอากาศของภูมิภาคนั้น การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวอาจเป็นผลมาจาก "ความแปรปรวนภายใน" เมื่อกระบวนการทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นในส่วนต่างๆ ของระบบภูมิอากาศเปลี่ยนแปลงการกระจายพลังงาน ตัวอย่างเช่น ความแปรปรวนในแอ่งมหาสมุทร เช่นการแกว่งตัวในรอบทศวรรษของมหาสมุทรแปซิฟิกและการแกว่งตัวในรอบหลายทศวรรษของมหาสมุทรแอตแลนติกความแปรปรวนของภูมิอากาศยังอาจเป็นผลมาจากแรงกระทำภายนอกเมื่อเหตุการณ์ที่อยู่นอกเหนือองค์ประกอบของระบบภูมิอากาศก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงภายในระบบ ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงของพลังงานแสงอาทิตย์และ การ ปะทุ ของภูเขาไฟ

ความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศส่งผลกระทบต่อระดับน้ำทะเลพืชพรรณ และการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่นอกจากนี้ยังส่งผลกระทบต่อสังคมมนุษย์ด้วย

ความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศเป็นคำที่ใช้อธิบายการเปลี่ยนแปลงในสถานะเฉลี่ยและลักษณะอื่นๆ ของสภาพภูมิอากาศ (เช่น โอกาสหรือความเป็นไปได้ของสภาพอากาศสุดขั้ว เป็นต้น) "ในทุกระดับเชิงพื้นที่และเวลา นอกเหนือจากเหตุการณ์สภาพอากาศแต่ละเหตุการณ์" ความแปรปรวนบางส่วนดูเหมือนจะไม่ได้เกิดจากระบบที่รู้จักและเกิดขึ้นในเวลาที่ดูเหมือนสุ่ม ความแปรปรวนดังกล่าวเรียกว่าความแปรปรวนแบบสุ่มหรือสัญญาณรบกวนในทางกลับกัน ความแปรปรวนตามช่วงเวลาเกิดขึ้นค่อนข้างสม่ำเสมอและในรูปแบบความแปรปรวนหรือรูปแบบสภาพภูมิอากาศที่แตกต่างกัน^{[ 2 ]}

คำว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมักถูกใช้เพื่ออ้างถึงการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์โดยเฉพาะ การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ ซึ่งแตกต่างจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่อาจเกิดขึ้นจากกระบวนการทางธรรมชาติของโลก^{[ 3 ]}ภาวะโลกร้อนกลายเป็นคำที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในปี 1988 แต่ในวารสารทางวิทยาศาสตร์ ภาวะโลกร้อนหมายถึงการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิพื้นผิว ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศรวมถึงภาวะโลกร้อนและทุกสิ่งทุกอย่างที่ระดับก๊าซเรือนกระจก ที่เพิ่มขึ้นส่งผลกระทบ ^{[ 4 ]}

คำว่า " การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ " ที่เกี่ยวข้องได้รับการเสนอโดยองค์การอุตุนิยมวิทยาโลก (WMO) ในปี 1966 เพื่อครอบคลุมความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศทุกรูปแบบในช่วงเวลาที่ยาวนานกว่า 10 ปี โดยไม่คำนึงถึงสาเหตุ ในช่วงทศวรรษ 1970 คำว่า "การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ" ได้เข้ามาแทนที่คำว่า "การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ" เพื่อเน้นสาเหตุที่เกิดจากมนุษย์ เนื่องจากเป็นที่ชัดเจนว่ากิจกรรมของมนุษย์มีศักยภาพที่จะเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างรุนแรง^{[ 5 ]}การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศถูกรวมอยู่ในชื่อของคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิ อากาศ (IPCC) และอนุสัญญากรอบสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (UNFCCC) ปัจจุบัน การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศถูกใช้ทั้งในฐานะคำอธิบายทางเทคนิคของกระบวนการ และในฐานะคำนามที่ใช้เพื่ออธิบายปัญหา^{[ 5 ]}

ในวงกว้าง อัตราที่พลังงานได้รับจากดวงอาทิตย์และอัตราที่พลังงานสูญเสียไปสู่อวกาศเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิสมดุลและสภาพภูมิอากาศของโลก พลังงานนี้กระจายไปทั่วโลกโดยลม กระแสน้ำในมหาสมุทร^{[ 6 ] [ 7 ]}และกลไกอื่นๆ เพื่อส่งผลต่อสภาพภูมิอากาศของภูมิภาคต่างๆ^{[ 8 ]}

ปัจจัยที่สามารถกำหนดสภาพภูมิอากาศได้เรียกว่าแรงผลักดันทางภูมิอากาศหรือ "กลไกการผลักดัน" ^{[ 9 ]}ซึ่งรวมถึงกระบวนการต่างๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงของรังสีจากดวงอาทิตย์การเปลี่ยนแปลงของวงโคจรของโลก การเปลี่ยนแปลงของค่าอัลเบโดหรือการสะท้อนแสงของทวีป บรรยากาศ และมหาสมุทรการสร้างภูเขาและการเคลื่อนตัวของทวีปและการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกแรงผลักดันภายนอกอาจเกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ (เช่น การปล่อยก๊าซเรือนกระจกและฝุ่นละอองที่เพิ่มขึ้น) หรือเกิดจากธรรมชาติ (เช่น การเปลี่ยนแปลงของพลังงานแสงอาทิตย์ วงโคจรของโลก การระเบิดของภูเขาไฟ) ^{[ 10 ]} มี ปฏิกิริยาตอบกลับของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหลายอย่างที่สามารถขยายหรือลดแรงผลักดันเริ่มต้นได้ นอกจากนี้ยังมีเกณฑ์ สำคัญ ซึ่งเมื่อเกินเกณฑ์ดังกล่าวแล้วสามารถก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วหรือไม่สามารถย้อน กลับได้

บางส่วนของระบบภูมิอากาศ เช่น มหาสมุทรและธารน้ำแข็ง ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างช้าๆ ในขณะที่บางส่วนตอบสนองอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างของการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วคือการเย็นตัวลงของบรรยากาศหลังจากการระเบิดของภูเขาไฟ เมื่อเถ้าภูเขาไฟสะท้อนแสงแดดการขยายตัวทางความร้อนของน้ำในมหาสมุทรหลังจากอุณหภูมิของบรรยากาศสูงขึ้นนั้นช้า และอาจใช้เวลาหลายพันปี นอกจากนี้ยังอาจเกิดการผสมผสานกันได้ เช่น การสูญเสียค่าอัลเบโด อย่างฉับพลัน ในมหาสมุทรอาร์กติกเนื่องจากการละลายของน้ำแข็งในทะเล ตามด้วยการขยายตัวทางความร้อนของน้ำอย่างค่อยเป็นค่อยไป

ความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศอาจเกิดขึ้นได้จากกระบวนการภายใน กระบวนการภายในที่ไม่ได้ถูกบังคับมักเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงการกระจายพลังงานในมหาสมุทรและชั้นบรรยากาศ ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงการไหลเวียนของกระแสน้ำตามอุณหภูมิ และความ เค็ม

มีความผันแปรตามฤดูกาลในวิธีที่สถิติอุณหภูมิสูงสุดใหม่แซงหน้าสถิติอุณหภูมิต่ำสุดใหม่^{[ 11 ]}

มีความแปรปรวนที่วัดได้ในรูปแบบของภาวะโลกร้อน เมื่อพิจารณาการเปลี่ยนแปลงรายปีในเดือนเดียวกันจากปีต่อปี^{[ 12 ]}

ภาวะโลกร้อนแสดงให้เห็นถึงฤดูกาล โดยอุณหภูมิโลกจะสูงขึ้นในช่วงฤดูร้อนของซีกโลกเหนือ^{[ 12 ]}ซึ่งส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากพื้นที่ดินของซีกโลกเหนือมีมากกว่า^{[ 13 ]}

การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเนื่องจากความแปรปรวนภายในบางครั้งเกิดขึ้นเป็นวัฏจักรหรือการแกว่ง สำหรับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศตามธรรมชาติประเภทอื่น เราไม่สามารถคาดการณ์ได้ว่าจะเกิดขึ้นเมื่อใด การเปลี่ยนแปลงนั้นเรียกว่าแบบสุ่มหรือแบบสโตแค สติ ก^{[ 14 ]}จากมุมมองด้านสภาพภูมิอากาศ สภาพอากาศสามารถถือได้ว่าเป็นแบบสุ่ม^{[ 15 ]}หากมีเมฆน้อยในปีใดปีหนึ่ง จะเกิดความไม่สมดุลของพลังงาน และความร้อนส่วนเกินสามารถถูกดูดซับโดยมหาสมุทรได้ เนื่องจากความเฉื่อยของสภาพภูมิอากาศสัญญาณนี้สามารถ 'เก็บ' ไว้ในมหาสมุทรและแสดงออกมาเป็นความแปรปรวนในช่วงเวลาที่ยาวนานกว่าการรบกวนของสภาพอากาศดั้งเดิม^{[ 16 ]}หากการรบกวนของสภาพอากาศเป็นแบบสุ่มโดยสมบูรณ์ เกิดขึ้นเป็นสัญญาณรบกวนสีขาวความเฉื่อยของธารน้ำแข็งหรือมหาสมุทรสามารถเปลี่ยนสิ่งนี้ให้เป็นการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ โดยการแกว่งที่มีระยะเวลานานกว่าจะเป็นการแกว่งที่ใหญ่กว่า ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าสัญญาณรบกวนสีแดง [ ^{17 ] การ}เปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหลายอย่างมีทั้งลักษณะแบบสุ่มและลักษณะแบบวัฏจักร พฤติกรรมนี้เรียกว่าการสั่นพ้องแบบสุ่ม^{[ 17 ]}ครึ่งหนึ่งของรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2021มอบให้แก่Klaus Hasselmannร่วมกับSyukuro Manabeสำหรับผลงานที่เกี่ยวข้องกับการสร้างแบบจำลองสภาพภูมิอากาศในขณะที่Giorgio Parisiผู้ซึ่งร่วมกับผู้ร่วมงานได้นำเสนอ^{[ 18 ]}แนวคิดของเรโซแนนซ์แบบสุ่ม ได้รับรางวัลอีกครึ่งหนึ่ง แต่ส่วนใหญ่เป็นผลงานด้านฟิสิกส์เชิงทฤษฎี

มหาสมุทรและชั้นบรรยากาศสามารถทำงานร่วมกันเพื่อสร้างความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศภายในโลกได้เอง ซึ่งสามารถคงอยู่ได้นานหลายปีถึงหลายทศวรรษ^{[ 19 ] [ 20 ]}ความแปรปรวนเหล่านี้สามารถส่งผลกระทบต่ออุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยทั่วโลกโดยการกระจายความร้อนระหว่างมหาสมุทรลึกและชั้นบรรยากาศ^{[ 21 ] [ 22 ]}และ/หรือโดยการเปลี่ยนแปลงการกระจายตัวของเมฆ/ไอน้ำ/น้ำแข็งทะเล ซึ่งสามารถส่งผลกระทบต่องบประมาณพลังงานทั้งหมดของโลก^{[ 23 ] [ 24 ]}

การแกว่งตัวของสภาพภูมิอากาศหรือวัฏจักรของสภาพภูมิอากาศคือการแกว่ง ตัวเป็นวัฏจักรที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ภายในสภาพภูมิอากาศ โลกหรือภูมิภาค เป็นการ แกว่ง ตัวแบบกึ่งคาบ (ไม่ใช่คาบที่สมบูรณ์แบบ) ดังนั้นการวิเคราะห์ฟูริเยร์ของข้อมูลจึงไม่มีจุดสูงสุดที่คมชัดในสเปกตรัมมีการค้นพบหรือตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการแกว่งตัวหลายแบบในช่วงเวลาที่แตกต่างกัน: ^{[ 25 ]}

• ปรากฏการณ์เอลนีโญ-ความผันผวนทางใต้ (ENSO) – รูปแบบขนาดใหญ่ของอุณหภูมิผิวน้ำทะเลเขต ร้อนที่อุ่นขึ้น ( เอลนีโญ ) และเย็นลง ( ลานีญา ) ในมหาสมุทรแปซิฟิกที่มีผลกระทบไปทั่วโลก เป็นความผันผวนที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ซึ่งกลไกของมันได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดี^{[ 26 ]} ENSO เป็นแหล่งที่มาที่โดดเด่นที่สุดของความแปรปรวนระหว่างปีในสภาพอากาศและภูมิอากาศทั่วโลก วัฏจักรนี้เกิดขึ้นทุกสองถึงเจ็ดปี โดยเอลนีโญจะกินเวลาเก้าเดือนถึงสองปีภายในวัฏจักรระยะยาว^{[ 27 ]}ลิ้นน้ำเย็นของมหาสมุทรแปซิฟิกบริเวณเส้นศูนย์สูตรไม่ได้อุ่นขึ้นเร็วเท่ากับส่วนอื่นๆ ของมหาสมุทร เนื่องจากมีการไหลขึ้นของน้ำเย็นจากชายฝั่งตะวันตกของอเมริกาใต้ เพิ่มมากขึ้น ^{[ 28 ] [ 29 ]}
• การแกว่งตัว ของMadden–Julian (MJO) – รูปแบบการเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันออกของปริมาณน้ำฝนที่เพิ่มขึ้นเหนือเขตร้อน โดยมีคาบเวลา 30 ถึง 60 วัน ซึ่งสังเกตได้ส่วนใหญ่เหนือมหาสมุทรอินเดียและมหาสมุทรแปซิฟิก^{[ 30 ]}
• การแกว่งตัวของมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือ (NAO) – ดัชนีของNAOขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความดันระดับน้ำทะเล (SLP) ที่เป็นมาตรฐานระหว่างPonta Delgada, AzoresและStykkishólmur / Reykjavík , Iceland ค่าบวกของดัชนีบ่งชี้ว่าลมตะวันตกแรงกว่าค่าเฉลี่ยในละติจูดกลาง^{[ 31 ]}
• การแกว่งแบบกึ่งสองปี – การแกว่งที่เข้าใจได้ดีในรูปแบบลมในชั้นสตราโตสเฟียร์รอบเส้นศูนย์สูตร ในช่วงเวลา 28 เดือน ลมหลักจะเปลี่ยนจากทิศตะวันออกเป็นทิศตะวันตกและกลับมาอีกครั้ง^{[ 32 ]}
• การแกว่งตัวของมหาสมุทรแปซิฟิกในรอบร้อยปี (Pacific Centennial Oscillation) - การแกว่งตัวของสภาพภูมิอากาศ ที่แบบจำลอง สภาพภูมิอากาศบางแบบทำนายไว้
• การแกว่งตัวของมหาสมุทรแปซิฟิกในรอบทศวรรษ – รูปแบบหลักของความแปรปรวนของพื้นผิวทะเลในมหาสมุทรแปซิฟิกเหนือในระดับทศวรรษ ในช่วง "ระยะอุ่น" หรือ "ระยะบวก" มหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกจะเย็นลงและส่วนหนึ่งของมหาสมุทรตะวันออกจะอุ่นขึ้น ในช่วง "ระยะเย็น" หรือ "ระยะลบ" รูปแบบตรงกันข้ามจะเกิดขึ้น เชื่อกันว่าไม่ใช่ปรากฏการณ์เดียว แต่เป็นการรวมกันของกระบวนการทางกายภาพที่แตกต่างกัน^{[ 33 ]}
• การแกว่งตัวของมหาสมุทรแปซิฟิกในช่วงทศวรรษ (IPO) – ความแปรปรวนทั่วทั้งแอ่งในมหาสมุทรแปซิฟิกที่มีช่วงเวลาระหว่าง 20 ถึง 30 ปี^{[ 34 ]}
• การแกว่งตัวหลายทศวรรษของมหาสมุทรแอตแลนติก – รูปแบบความแปรปรวนในมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือประมาณ 55 ถึง 70 ปี ซึ่งมีผลต่อปริมาณน้ำฝน ภัยแล้ง และความถี่และความรุนแรงของพายุเฮอริเคน^{[ 35 ]}
• วัฏจักรภูมิอากาศของแอฟริกาเหนือ – การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่ขับเคลื่อนโดยมรสุมแอฟริกาเหนือซึ่งมีระยะเวลาหลายหมื่นปี^{[ 36 ]}
• การแกว่งตัวของอาร์กติก (AO) และการแกว่งตัวของแอนตาร์กติก (AAO) – รูปแบบวงแหวนเป็นรูปแบบความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในระดับซีกโลก ในช่วงเวลาหลายสัปดาห์ถึงหลายเดือน รูปแบบเหล่านี้สามารถอธิบายความแปรปรวนได้ 20–30% ในซีกโลกนั้นๆ รูปแบบวงแหวนเหนือหรือการแกว่งตัวของอาร์กติก (AO) ในซีกโลกเหนือ และรูปแบบวงแหวนใต้หรือการแกว่งตัวของแอนตาร์กติก (AAO) ในซีกโลกใต้ รูปแบบวงแหวนมีอิทธิพลอย่างมากต่ออุณหภูมิและปริมาณน้ำฝนของมวลแผ่นดินในละติจูดกลางถึงสูง เช่น ยุโรปและออสเตรเลีย โดยการเปลี่ยนแปลงเส้นทางเฉลี่ยของพายุ NAO สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นดัชนีระดับภูมิภาคของ AO/NAM ^{[ 37 ]} พวกมันถูกกำหนดให้เป็น EOFแรกของความดันระดับน้ำทะเลหรือความสูงศักย์ทางภูมิศาสตร์จาก 20°N ถึง 90°N (NAM) หรือ 20°S ถึง 90°S (SAM)
• วัฏจักรแดนส์การ์ด-โอเอชเกอร์ – เกิดขึ้นประมาณทุก 1,500 ปีในช่วงยุคน้ำแข็งครั้งสุดท้าย

ปัจจัยทางทะเลที่ส่งผลต่อความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศสามารถก่อให้เกิดความแปรปรวนในระดับศตวรรษได้ เนื่องจากมหาสมุทรมีมวลมากกว่าชั้นบรรยากาศ หลายร้อยเท่า และจึงมีความเฉื่อยทางความร้อน สูงมาก ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงกระบวนการทางทะเล เช่น การไหลเวียนของกระแสน้ำในมหาสมุทร (thermohaline circulation) มีบทบาทสำคัญในการกระจายความร้อนในมหาสมุทรทั่วโลก

กระแสน้ำในมหาสมุทรขนส่งพลังงานจำนวนมากจากบริเวณเขตร้อนที่อบอุ่นไปยังบริเวณขั้วโลกที่เย็นกว่า การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในช่วงยุคน้ำแข็งครั้งสุดท้าย (ในทางเทคนิคคือยุคน้ำแข็ง ครั้งสุดท้าย ) แสดงให้เห็นว่าการไหลเวียนในมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างฉับพลันและมาก ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก แม้ว่าปริมาณพลังงานทั้งหมดที่เข้ามาในระบบภูมิอากาศจะไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่เหล่านี้อาจเกิดจากเหตุการณ์ที่เรียกว่าเหตุการณ์ไฮน์ริชซึ่งความไม่เสถียรภายในของแผ่นน้ำแข็งทำให้ภูเขาน้ำแข็งขนาดใหญ่ถูกปล่อยลงสู่มหาสมุทร เมื่อแผ่นน้ำแข็งละลาย น้ำที่ได้จะมีเกลือน้อยมากและเย็นจัด ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการไหลเวียน^{[ 38 ]}

สิ่งมีชีวิตส่งผลต่อสภาพภูมิอากาศผ่านบทบาทของมันใน วัฏจักร คาร์บอนและน้ำและผ่านกลไกต่างๆ เช่นอัลเบโดการระเหยการก่อตัวของเมฆและการผุกร่อน [ ^{39 ] [ 40 ] [ 41 ] ตัวอย่าง}ของวิธีที่สิ่งมีชีวิตอาจส่งผลต่อสภาพภูมิอากาศในอดีต ได้แก่:

• ยุคน้ำแข็งเมื่อ 2.3 พันล้านปีก่อนถูกกระตุ้นโดยวิวัฒนาการของการสังเคราะห์แสง แบบใช้ออกซิเจน ซึ่งทำให้ก๊าซเรือนกระจกคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศลดลงและนำออกซิเจนอิสระเข้ามา^{[ 42 ] [ 43 ]}
• ยุคน้ำแข็งอีกครั้งเมื่อ 300 ล้านปีก่อน เกิดขึ้นจากการฝัง ซากพืชบกที่มีท่อลำเลียงซึ่งทนต่อการย่อยสลาย เป็นเวลานาน (ทำให้เกิด แหล่งกักเก็บคาร์บอนและก่อตัวเป็นถ่านหิน ) ^{[ 44 ] [ 45 ]}
• การสิ้นสุดของPaleocene–Eocene Thermal Maximumเมื่อ 55 ล้านปีก่อนโดยแพลงก์ตอนพืช ทะเลที่เจริญเติบโต ^{[ 46 ] [ 47 ]}
• การย้อนกลับของภาวะโลกร้อนเมื่อ 49 ล้านปีก่อนโดยการแพร่กระจายของสาหร่ายอะโซลลาในแถบอาร์กติกเป็นเวลา 800,000 ปี^{[ 48 ] [ 49 ]}
• ภาวะโลกร้อนในช่วง 40 ล้านปีที่ผ่านมาเกิดจากการขยายตัวของระบบนิเวศ ที่กินหญ้าเป็นอาหาร ^{[ 50 ] [ 51 ]}

ในขณะที่ก๊าซเรือนกระจกที่ปล่อยออกมาจากชีวภาค มักถูกมองว่าเป็นกระบวนการป้อนกลับหรือกระบวนการภูมิอากาศภายใน ก๊าซเรือนกระจกที่ปล่อยออกมาจากภูเขาไฟ มักถูกจัดประเภทเป็นกระบวนการภายนอกโดยนักวิทยาศาสตร์ภูมิอากาศ^{[ 52 ]}ก๊าซเรือนกระจก เช่น CO2 _{มีเทน}และไนตรัสออกไซด์ทำให้ระบบภูมิอากาศร้อนขึ้นโดยการดักจับแสงอินฟราเรด ภูเขาไฟยังเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรคาร์บอน ที่ยาวนาน ในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาที่ยาวนานมาก ภูเขาไฟจะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์จากเปลือกโลกและเนื้อโลก เพื่อต่อต้านการดูดซับโดยหินตะกอนและแหล่งกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ทาง ธรณีวิทยาอื่นๆ

นับตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรมมนุษยชาติได้เพิ่มก๊าซเรือนกระจกโดยการปล่อย CO2 _จากการ เผาไหม้ เชื้อเพลิงฟอสซิลเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดินผ่านการตัดไม้ทำลายป่า และยังเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศด้วยละอองลอย (อนุภาคในบรรยากาศ) ^{[ 53 ]}การปล่อยก๊าซติดตาม (เช่น ไนโตรเจนออกไซด์ คาร์บอนมอนอกไซด์ หรือมีเทน) ^{[ 54 ]}ปัจจัยอื่นๆ รวมถึงการใช้ที่ดินการลดลงของโอโซนการเลี้ยงสัตว์ ( สัตว์ เคี้ยวเอื้องเช่นวัวผลิตมีเทน^{[ 55 ]} ) และการตัดไม้ทำลายป่าก็มีบทบาทเช่นกัน^{[ 56 ]}

สำนักงานสำรวจทางธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกาประเมินว่าการปล่อยก๊าซจากภูเขาไฟอยู่ในระดับที่ต่ำกว่าผลกระทบจากกิจกรรมของมนุษย์ในปัจจุบันมาก ซึ่งก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่าที่ภูเขาไฟปล่อยออกมาถึง 100–300 เท่า^{[ 57 ]}ปริมาณที่ปล่อยออกมาจากกิจกรรมของมนุษย์ในแต่ละปีอาจมากกว่าปริมาณที่ปล่อยออกมาจากการระเบิดครั้งใหญ่ ซึ่งครั้งล่าสุดคือการระเบิดของภูเขาไฟโตบาในอินโดนีเซียเมื่อ 74,000 ปีก่อน^{[ 58 ]}

ความแปรผันเล็กน้อยในการเคลื่อนที่ของโลกนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในการกระจายตัวตามฤดูกาลของแสงแดดที่ส่องมายังพื้นผิวโลกและวิธีการกระจายตัวไปทั่วโลก การเปลี่ยนแปลงของแสงแดดเฉลี่ยรายปีในพื้นที่นั้นน้อยมาก แต่การเปลี่ยนแปลงในการกระจายตัวทางภูมิศาสตร์และตามฤดูกาลอาจมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก การเปลี่ยนแปลง ทางจลนศาสตร์ สามประเภท ได้แก่ ความแปรผันของ ความเยื้องศูนย์กลางของโลกการเปลี่ยนแปลงของมุมเอียงของแกนหมุนของโลกและการหมุนควงของแกนโลก เมื่อรวมกันแล้ว สิ่งเหล่านี้ก่อให้เกิดวัฏจักร Milankovitchซึ่งส่งผลต่อสภาพภูมิอากาศและโดดเด่นด้วยความสัมพันธ์กับ ยุค น้ำแข็งและยุคระหว่างน้ำแข็ง [ ^{59 ]}ความสัมพันธ์กับการขยายตัวและการถอยร่นของทะเลทรายซา ฮารา ^{[ 59 ]}และการปรากฏในบันทึก^ทางธรณีวิทยา^{[ 60 ] [ 61 ]}

ในช่วงวัฏจักรน้ำแข็ง มีความสัมพันธ์สูงระหว่างความเข้มข้นของ CO2 _และอุณหภูมิ การศึกษาในยุคแรกๆ ระบุว่าความเข้มข้นของ CO2 _{ล่าช้า}กว่าอุณหภูมิ แต่ต่อมาก็ชัดเจนว่าไม่ใช่เช่นนั้นเสมอไป^{[ 62 ]}เมื่ออุณหภูมิของมหาสมุทรเพิ่มขึ้นความสามารถในการละลายของ CO2 _จะลดลง ทำให้ CO2 ถูกปล่อยออกมาจากมหาสมุทร การแลกเปลี่ยน CO2 _{ระหว่าง}อากาศและมหาสมุทรอาจได้รับผลกระทบจากแง่มุมอื่นๆ ของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศด้วย^{[ 63 ]}กระบวนการเหล่านี้และกระบวนการเสริมแรงตนเองอื่นๆ ทำให้การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในการเคลื่อนที่ของโลกส่งผลกระทบอย่างมากต่อสภาพภูมิอากาศ^{[ 62 ]}

ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงาน หลักที่ป้อนเข้าสู่ ระบบภูมิอากาศของโลกแหล่งพลังงานอื่นๆ ได้แก่พลังงานความร้อนใต้พิภพ จากแกนโลก พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงจากดวงจันทร์ และความร้อนจากการสลายตัวของสารประกอบกัมมันตรังสี การเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงอาทิตย์ในระยะยาวเป็นที่ทราบกันดีว่าส่งผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศโลก ^{[ 64 ]}ผลผลิตของดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลง ในช่วงเวลาสั้นๆ รวมถึง วัฏจักรสุริยะ 11 ปี^{[ 65 ]} และ การปรับเปลี่ยนในระยะยาว^{[ 66 ]}ความสัมพันธ์ระหว่างจุดบนดวงอาทิตย์และสภาพภูมิอากาศนั้นอ่อนแอที่สุด^{[ 64 ]}

เมื่อ 3 ถึง 4 พันล้านปีก่อนดวงอาทิตย์ปล่อยพลังงานออกมาเพียง 75% ของพลังงานที่ปล่อยออกมาในปัจจุบัน^{[ 67 ]}หากองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศเป็นเช่นเดียวกับในปัจจุบัน น้ำในสถานะของเหลวไม่น่าจะมีอยู่บนพื้นผิวโลก อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานการมีอยู่ของน้ำบนโลกในยุคแรกเริ่ม ในยุคเฮเดียน^{[ 68 ] [ 69 ]}และยุคอาร์เคียน^{[ 70 ] [ 68 ]}ซึ่งนำไปสู่สิ่งที่เรียกว่าปรากฏการณ์ดวงอาทิตย์อายุน้อยที่จาง [ ^{71 ] สมมติฐาน}ในการแก้ปัญหาปรากฏการณ์นี้รวมถึงชั้นบรรยากาศที่แตกต่างกันอย่างมาก โดยมีความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกสูงกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันมาก^{[ 72 ]}ในช่วงเวลาประมาณ 4 พันล้านปีต่อมา พลังงานที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์เพิ่มขึ้น ในอีก 5 พันล้านปีข้างหน้า การสิ้นสุดของดวงอาทิตย์ในที่สุด เมื่อมันกลายเป็นดาวยักษ์แดงและจากนั้นเป็นดาวแคระขาวจะส่งผลกระทบอย่างมากต่อสภาพภูมิอากาศ โดยระยะดาวยักษ์แดงอาจยุติสิ่งมีชีวิตใด ๆ บนโลกที่รอดชีวิตมาจนถึงเวลานั้น^{[ 73 ]}

การปะทุของภูเขาไฟ ที่ถือว่ามีขนาดใหญ่พอที่จะส่งผลกระทบ _ต่อสภาพภูมิอากาศของโลกในระยะเวลามากกว่า 1 ปี คือการปะทุที่ปล่อย SO2 มากกว่า 100,000 ตันเข้าสู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์_[ 74 ^{]ทั้งนี้เนื่อง}มาจากคุณสมบัติทางแสงของ SO2 และละอองซัลเฟต ซึ่งดูดซับหรือกระจายรังสีจากดวงอาทิตย์อย่างรุนแรง ทำให้เกิดชั้นหมอกกรดซัลฟิวริกปกคลุม ทั่วโลก ^{[ 75 ]}โดยเฉลี่ยแล้ว การปะทุเช่นนี้เกิดขึ้นหลายครั้งต่อศตวรรษ และทำให้เกิดการเย็นตัวลง (โดยการปิดกั้นการส่งผ่านรังสีจากดวงอาทิตย์ไปยังพื้นผิวโลกบางส่วน) เป็นระยะเวลาหลายปี แม้ว่าภูเขาไฟจะเป็นส่วนหนึ่งของธรณีภาค ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบภูมิอากาศ แต่ IPCC ได้กำหนดไว้อย่างชัดเจนว่าการเกิดภูเขาไฟเป็นตัวกระตุ้นภายนอก^{[ 76 ]}

การปะทุที่น่าจดจำในบันทึกทางประวัติศาสตร์ ได้แก่การปะทุของภูเขาไฟปินาตูโบในปี 1991ซึ่งทำให้อุณหภูมิโลกลดลงประมาณ 0.5 °C (0.9 °F) นานถึงสามปี^{[ 77 ] [ 78 ]}และการปะทุของภูเขาไฟแทมโบราในปี 1815ซึ่งทำให้เกิดปีที่ไม่มีฤดูร้อน^{[ 79 ]}

ในระดับที่ใหญ่กว่า—การปะทุของแหล่งหินอัคนีขนาดใหญ่ เกิดขึ้นไม่กี่ครั้งทุกๆ 50 ล้านถึง 100 ล้านปี—นำ หินอัคนีจำนวนมากจากชั้นแมนเทิลและลิโทสเฟียร์ขึ้นสู่พื้นผิวโลก จากนั้นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในหินจะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ^{[ 80 ] [ 81 ]}การปะทุขนาดเล็ก ซึ่งมีการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์น้อยกว่า 0.1 ล้านตันเข้าสู่ชั้นสตราโตสเฟียร์ ส่งผลกระทบต่อชั้นบรรยากาศเพียงเล็กน้อย เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเทียบได้กับความแปรปรวนตามธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเหตุการณ์ปะทุขนาดเล็กเกิดขึ้นบ่อยกว่ามาก จึงส่งผลกระทบต่อชั้นบรรยากาศของโลกอย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน^{[ 74 ] [ 82 ]}

ตลอดระยะเวลาหลายล้านปี การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกได้ปรับเปลี่ยนพื้นที่บนบกและในมหาสมุทรทั่วโลก และสร้างภูมิประเทศ ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อรูปแบบภูมิอากาศและการหมุนเวียนของบรรยากาศและมหาสมุทรทั้งในระดับโลกและระดับท้องถิ่น^{[ 83 ]}

ตำแหน่งของทวีปกำหนดรูปทรงเรขาคณิตของมหาสมุทรและส่งผลต่อรูปแบบการไหลเวียนของมหาสมุทร ตำแหน่งของทะเลมีความสำคัญในการควบคุมการถ่ายเทความร้อนและความชื้นทั่วโลก และด้วยเหตุนี้จึงมีผลต่อการกำหนดสภาพภูมิอากาศโลก ตัวอย่างล่าสุดของการควบคุมทางธรณีวิทยาต่อการไหลเวียนของมหาสมุทรคือการก่อตัวของคอคอดปานามาเมื่อประมาณ 5 ล้านปีก่อน ซึ่งปิดกั้นการผสมโดยตรงระหว่างมหาสมุทรแอตแลนติกและมหาสมุทรแปซิฟิก สิ่งนี้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อพลวัตของมหาสมุทรของสิ่งที่ปัจจุบันคือกระแสน้ำกัลฟ์สตรีมและอาจนำไปสู่การปกคลุมของน้ำแข็งในซีกโลกเหนือ^{[ 84 ] [ 85 ]}ใน ช่วงยุค คาร์บอนิเฟอรัสเมื่อประมาณ 300 ถึง 360 ล้านปีก่อน ธรณีแปรสัณฐานอาจกระตุ้นให้เกิดการสะสมคาร์บอนขนาดใหญ่และการเกิดธารน้ำแข็งเพิ่มขึ้น[ 86 ^{]หลักฐานทาง}ธรณีวิทยาชี้ให้เห็นถึงรูปแบบการไหลเวียนของ "มรสุมขนาดใหญ่" ในช่วงเวลาของมหาทวีปแพนเจียและแบบจำลองสภาพภูมิอากาศชี้ให้เห็นว่าการมีอยู่ของมหาทวีปเอื้อต่อการก่อตัวของมรสุม^{[ 87 ]}

ขนาดของทวีปก็มีความสำคัญเช่นกัน เนื่องจากมหาสมุทรมีผลในการรักษาเสถียรภาพของอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิรายปีจึงมักต่ำกว่าในบริเวณชายฝั่งเมื่อเทียบกับบริเวณภายในแผ่นดิน ดังนั้น มหาทวีปขนาดใหญ่จึงมีพื้นที่ที่มีสภาพภูมิอากาศเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลอย่างชัดเจนมากกว่าทวีปหรือเกาะขนาดเล็กหลายๆ เกาะ รวม กัน

มีการตั้งสมมติฐานว่าอนุภาคไอออน ที่เรียกว่า รังสีคอสมิกอาจส่งผลกระทบต่อเมฆและสภาพภูมิอากาศได้ เนื่องจากดวงอาทิตย์บังโลกจากอนุภาคเหล่านี้ จึงมีการตั้งสมมติฐานว่าการเปลี่ยนแปลงกิจกรรมของดวงอาทิตย์อาจส่งผลต่อสภาพภูมิอากาศทางอ้อมเช่นกัน เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้CERNจึงออกแบบการทดลอง CLOUDซึ่งแสดงให้เห็นว่าผลกระทบของรังสีคอสมิกนั้นอ่อนเกินกว่าจะส่งผลต่อสภาพภูมิอากาศอย่างเห็นได้ชัด^{[ 88 ] [ 89 ]}

มีหลักฐานว่าการชนของดาวเคราะห์น้อยชิคซูลูบเมื่อประมาณ 66 ล้านปีก่อนส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อสภาพภูมิอากาศของโลก ละอองซัลเฟตจำนวนมากถูกพัดขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ ทำให้อุณหภูมิโลกลดลงถึง 26 องศาเซลเซียส และทำให้เกิดอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งเป็นเวลา 3–16 ปี ระยะเวลาในการฟื้นตัวจากเหตุการณ์นี้ใช้เวลานานกว่า 30 ปี^{[ 90 ]} การใช้ อาวุธนิวเคลียร์ในวงกว้างก็ได้รับการศึกษาถึงผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศเช่นกัน สมมติฐานคือเขม่าที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้ขนาดใหญ่จะปิดกั้นแสงแดดเป็นจำนวนมากเป็นเวลาถึงหนึ่งปี ทำให้เกิดการลดลงของอุณหภูมิอย่างรวดเร็วเป็นเวลาหลายปี เหตุการณ์ที่อาจเกิดขึ้นนี้เรียกว่าฤดูหนาวนิวเคลียร์^{[ 91 ]}

การใช้ที่ดินของมนุษย์ส่งผลกระทบต่อปริมาณแสงแดดที่พื้นผิวสะท้อนและความเข้มข้นของฝุ่น การก่อตัวของเมฆไม่เพียงได้รับอิทธิพลจากปริมาณน้ำในอากาศและอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังได้รับอิทธิพลจากปริมาณละอองลอยในอากาศ เช่น ฝุ่นอีกด้วย^{[ 92 ]}ในระดับโลก จะมีฝุ่นมากขึ้นหากมีหลายภูมิภาคที่มีดินแห้ง พืชพรรณน้อย และลมแรง^{[ 93 ]}

ธรณีวิทยาภูมิอากาศโบราณคือการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศตลอดประวัติศาสตร์ของโลก โดยใช้หลากหลาย วิธี การทางอ้อมจากวิทยาศาสตร์โลกและชีววิทยา เพื่อรวบรวมข้อมูลที่เก็บรักษาไว้ในสิ่งต่างๆ เช่น หิน ตะกอน แผ่นน้ำแข็ง วงปีของต้นไม้ ปะการัง เปลือกหอย และซากดึกดำบรรพ์ขนาดเล็ก จากนั้นจึงใช้บันทึกเหล่านั้นเพื่อกำหนดสภาวะในอดีตของภูมิภาคภูมิอากาศต่างๆ ของโลกและระบบบรรยากาศ การวัดโดยตรงจะให้ภาพรวมที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเกี่ยวกับความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศ

การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้นหลังจากมีการติดตั้งอุปกรณ์วัดอย่างแพร่หลายสามารถสังเกตได้โดยตรง บันทึกอุณหภูมิพื้นผิวโลกที่ค่อนข้างสมบูรณ์มีให้ตั้งแต่ช่วงกลางถึงปลายศตวรรษที่ 19 การสังเกตเพิ่มเติมได้มาโดยอ้อมจากเอกสารทางประวัติศาสตร์ ข้อมูลเมฆและปริมาณน้ำฝนจากดาวเทียมมีให้ตั้งแต่ช่วงปี 1970 ^{[ 94 ]}

ภูมิอากาศวิทยาเชิงประวัติศาสตร์คือการศึกษาการเปลี่ยนแปลงทางประวัติศาสตร์ของสภาพภูมิอากาศและผลกระทบต่อประวัติศาสตร์และการพัฒนาของมนุษย์ แหล่งข้อมูลหลักประกอบด้วยบันทึกที่เป็นลายลักษณ์อักษร เช่นนิทานปรัมปราพงศาวดารแผนที่และวรรณกรรมประวัติศาสตร์ท้องถิ่นรวมถึงภาพแทน เช่นภาพวาดภาพเขียนและแม้แต่ศิลปะบนหิน ความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศในอดีต ที่ผ่านมาอาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงรูปแบบการตั้งถิ่นฐานและการเกษตร^{[ 95 ]} หลักฐานทางโบราณคดีประวัติศาสตร์ปากเปล่าและเอกสารทางประวัติศาสตร์สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศในอดีต การเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศมีความเชื่อมโยงกับการเกิดขึ้น^{[ 96 ]}และการล่มสลายของอารยธรรมต่างๆ^{[ 95 ]}

บันทึกสภาพภูมิอากาศในอดีตต่างๆ สามารถพบได้ในหิน ต้นไม้ และฟอสซิล จากบันทึกเหล่านี้ สามารถวัดสภาพภูมิอากาศทางอ้อมได้ ซึ่งเรียกว่าตัวแทน การหาปริมาณความแปรผันทางภูมิอากาศของปริมาณน้ำฝนในศตวรรษและยุคก่อนๆ นั้นไม่สมบูรณ์นัก แต่สามารถประมาณได้โดยใช้ตัวแทน เช่น ตะกอนในทะเล แกนน้ำแข็ง หินงอกในถ้ำ และวงปีของต้นไม้^{[ 97 ]}ความเครียด ปริมาณน้ำฝนน้อยเกินไป หรืออุณหภูมิที่ไม่เหมาะสม สามารถเปลี่ยนแปลงอัตราการเติบโตของต้นไม้ ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถอนุมานแนวโน้มสภาพภูมิอากาศได้โดยการวิเคราะห์อัตราการเติบโตของวงปีของต้นไม้ สาขาวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเรื่องนี้เรียกว่าเดนโดรภูมิอากาศวิทยา^{[ 98 ]}ธารน้ำแข็งทิ้งโมเรน ไว้ ซึ่งมีวัสดุมากมาย รวมถึงสารอินทรีย์ ควอตซ์ และโพแทสเซียมที่สามารถกำหนดอายุได้ ซึ่งบันทึกช่วงเวลาที่ธารน้ำแข็งเคลื่อนตัวไปข้างหน้าและถอยหลัง

การวิเคราะห์น้ำแข็งในแกนน้ำแข็งที่เจาะจากแผ่นน้ำแข็งเช่นแผ่นน้ำแข็งแอนตาร์กติกาสามารถใช้เพื่อแสดงความเชื่อมโยงระหว่างอุณหภูมิและการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำทะเลทั่วโลกได้ อากาศที่ติดอยู่ในฟองอากาศในน้ำแข็งยังสามารถเปิดเผยการเปลี่ยนแปลงของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ₎ในบรรยากาศจากอดีตอันไกลโพ้น ก่อนที่จะได้รับอิทธิพลจากสิ่งแวดล้อมในปัจจุบัน การศึกษาแกนน้ำแข็งเหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของการเปลี่ยนแปลงของ CO2 _ในช่วงหลายพันปี และยังคงให้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างสภาพบรรยากาศในอดีตและปัจจุบัน อัตราส่วน ^18O / ^16Oในแคลไซต์และตัวอย่างแกนน้ำแข็งที่ใช้ในการอนุมานอุณหภูมิของมหาสมุทรในอดีตอันไกลโพ้นเป็นตัวอย่างหนึ่งของวิธีการใช้ตัวแทนอุณหภูมิ

ซากพืช โดยเฉพาะละอองเรณู ยังถูกนำมาใช้ในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การกระจายตัวของพืชจะแตกต่างกันไปตามสภาพภูมิอากาศที่แตกต่างกัน พืชแต่ละกลุ่มมีละอองเรณูที่มีรูปร่างและพื้นผิวที่แตกต่างกัน และเนื่องจากพื้นผิวด้านนอกของละอองเรณูประกอบด้วยวัสดุที่ทนทานมาก จึงทนต่อการเน่าเปื่อย การเปลี่ยนแปลงชนิดของละอองเรณูที่พบในชั้นตะกอนที่แตกต่างกันบ่งชี้ถึงการเปลี่ยนแปลงในชุมชนพืช การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มักเป็นสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ^{[ 99 ] [ 100 ]}ตัวอย่างเช่น การศึกษาละอองเรณูถูกนำมาใช้เพื่อติดตามรูปแบบการเปลี่ยนแปลงของพืชพรรณตลอดช่วงยุคน้ำแข็งควอเทอร์นารี^{[ 101 ]}และโดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่ช่วง สูงสุดของยุคน้ำแข็ง ครั้งสุดท้าย^{[ 102 ]}ซากของด้วงพบได้ทั่วไปในตะกอนน้ำจืดและตะกอนบนบก ด้วงชนิดต่างๆ มักพบได้ภายใต้สภาพภูมิอากาศที่แตกต่างกัน เมื่อพิจารณาจากสายพันธุ์ของด้วงที่มีองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่ไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตลอดหลายพันปี ความรู้เกี่ยวกับช่วงสภาพภูมิอากาศในปัจจุบันของสายพันธุ์ต่างๆ และอายุของตะกอนที่พบซาก สามารถอนุมานสภาพภูมิอากาศในอดีตได้^{[ 103 ]}

ความยากลำบากอย่างหนึ่งในการตรวจจับวัฏจักรภูมิอากาศคือ ภูมิอากาศของโลกเปลี่ยนแปลงไปในลักษณะที่ไม่เป็นวัฏจักรตลอดช่วงเวลาทางธรณีวิทยาภูมิอากาศส่วนใหญ่ ปัจจุบันเราอยู่ในช่วงภาวะโลกร้อนที่ เกิดจาก กิจกรรมของมนุษย์ ในกรอบเวลาที่ใหญ่กว่านั้น โลกกำลังพ้นจากยุคน้ำแข็งครั้งล่าสุด เย็นลงจากช่วงที่ภูมิอากาศเหมาะสมที่สุดในยุคโฮโลซีนและร้อนขึ้นจาก " ยุคน้ำแข็งน้อย " ซึ่งหมายความว่าภูมิอากาศมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องตลอด 15,000 ปีที่ผ่านมา ในช่วงที่อากาศอบอุ่น ความผันผวนของอุณหภูมิมักมีความรุนแรงน้อยกว่า ยุค ไพลสโตซีนซึ่งมีลักษณะเด่นคือการเกิดธารน้ำแข็ง ซ้ำๆ กัน พัฒนามาจากสภาวะที่ค่อนข้างคงที่ใน ภูมิอากาศยุค ไมโอซีนและไพลโอซีนภูมิอากาศในยุคโฮโลซีนค่อนข้างคงที่ การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดเหล่านี้ทำให้การค้นหาพฤติกรรมที่เป็นวัฏจักรในภูมิอากาศเป็นเรื่องยากขึ้น

ปฏิกิริยาตอบสนองเชิงบวกปฏิกิริยาตอบสนองเชิงลบและความเฉื่อยทางนิเวศวิทยาจากระบบพื้นดิน-มหาสมุทร-บรรยากาศ มักจะลดทอนหรือพลิกกลับผลกระทบเล็กๆ น้อยๆ ไม่ว่าจะเป็นจากแรงกระทำจากวงโคจร การเปลี่ยนแปลงของพลังงานแสงอาทิตย์ หรือการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจก ปฏิกิริยาตอบสนองบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ เช่น เมฆ ก็ยังไม่แน่นอนเช่นกัน สำหรับ ร่องรอย ไอควบแน่นเมฆเซอร์รัสตามธรรมชาติไดเมทิลซัลไฟด์ในมหาสมุทรและสารที่เทียบเท่าบนพื้นดิน มีทฤษฎีที่แข่งขันกันอยู่เกี่ยวกับผลกระทบต่ออุณหภูมิของสภาพภูมิอากาศ ตัวอย่างเช่น การเปรียบเทียบสมมติฐานไอริสและ สมมติฐานCLAW

การเปลี่ยนแปลงประเภท การกระจายตัว และความครอบคลุมของพืชพรรณอาจเกิดขึ้นได้เมื่อสภาพภูมิอากาศเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศบางอย่างอาจส่งผลให้ปริมาณน้ำฝนและความอบอุ่นเพิ่มขึ้น ส่งผลให้พืชเจริญเติบโตดีขึ้นและมีการกักเก็บ CO2 ในอากาศตามมา_{แม้ว่า}การเพิ่มขึ้นของ CO2 _อาจเป็นประโยชน์ต่อพืช แต่ปัจจัยบางอย่างสามารถลดทอนการเพิ่มขึ้นนี้ได้ หากมีการเปลี่ยนแปลงทางสิ่งแวดล้อม เช่น ภัยแล้ง ความเข้มข้นของ CO2 ที่เพิ่มขึ้น_จะ ไม่เป็นประโยชน์ต่อพืช^{[ 105 ]}ดังนั้นแม้ว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศจะเพิ่มการปล่อย CO2 _แต่ พืชก็มักจะไม่ใช้ประโยชน์จากการเพิ่มขึ้นนี้ เนื่องจากความเครียดทางสิ่งแวดล้อมอื่นๆ กดดันพวกมัน^{[ 106 ]}อย่างไรก็ตาม คาดว่าการกักเก็บ CO2 _จะส่งผลต่ออัตราของวัฏจักรธรรมชาติหลายอย่าง เช่นอัตราการย่อยสลายของเศษซากพืช^{[ 107 ]}การเพิ่มขึ้นของความอบอุ่นอย่างค่อยเป็นค่อยไปในภูมิภาคจะนำไปสู่การออกดอกและติดผลเร็วขึ้น ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในจังหวะเวลาของวงจรชีวิตของสิ่งมีชีวิตที่พึ่งพา ในทางกลับกัน ความเย็นจะทำให้วงจรชีวภาพของพืชช้าลง^{[ 108 ]}

อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงที่ใหญ่กว่า เร็วกว่า หรือรุนแรงกว่า อาจส่งผลให้พืชพรรณเกิดความเครียด การสูญเสียพืชอย่างรวดเร็ว และการกลายเป็นทะเลทรายในบางสถานการณ์^{[ 109 ] [ 110 ] [ 111 ]}ตัวอย่างเช่น เหตุการณ์การล่มสลายของป่าฝนในยุคคาร์บอนิเฟอรัส (CRC) ซึ่งเป็นเหตุการณ์การสูญพันธุ์เมื่อ 300 ล้านปีก่อน ในเวลานั้น ป่าฝนขนาดใหญ่ปกคลุมพื้นที่เส้นศูนย์สูตรของยุโรปและอเมริกา การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้ทำลายป่าฝนเขตร้อนเหล่านี้ ทำให้ถิ่นที่อยู่แตกแยกออกเป็น 'เกาะ' ที่โดดเดี่ยว และทำให้พืชและสัตว์หลายชนิดสูญพันธุ์^{[ 109 ]}

หนึ่งในวิธีสำคัญที่สุดที่สัตว์สามารถรับมือกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้คือการอพยพไปยังภูมิภาคที่อบอุ่นกว่าหรือเย็นกว่า^{[ 112 ]}ในช่วงเวลาที่ยาวนานขึ้น วิวัฒนาการทำให้ระบบนิเวศรวมถึงสัตว์ต่างๆ ปรับตัวเข้ากับสภาพภูมิอากาศใหม่ได้ดีขึ้น^{[ 113 ]}การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างรวดเร็วหรือรุนแรงอาจทำให้เกิดการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่เมื่อสิ่งมีชีวิตถูกขยายขอบเขตออกไปไกลเกินกว่าจะปรับตัวได้^{[ 114 ]}

การล่มสลายของอารยธรรมในอดีต เช่น อารยธรรมมายาอาจเกี่ยวข้องกับวัฏจักรของปริมาณน้ำฝน โดยเฉพาะภัยแล้ง ซึ่งในตัวอย่างนี้ยังสัมพันธ์กับเขตน้ำอุ่นในซีกโลกตะวันตก ด้วย เมื่อประมาณ 70,000 ปีก่อน การระเบิด ของภูเขาไฟโทบาทำให้เกิดช่วงเวลาที่หนาวเย็นเป็นพิเศษในยุคน้ำแข็ง ซึ่งอาจนำไปสู่ภาวะคอขวดทางพันธุกรรมในประชากรมนุษย์

ธารน้ำแข็งถือเป็นหนึ่งในตัวบ่งชี้ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมากที่สุด^{[ 115 ]}ขนาดของธารน้ำแข็งถูกกำหนดโดยสมดุลมวลระหว่างหิมะที่ตกลงมาและหิมะที่ละลาย เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ธารน้ำแข็งจะถอยร่นเว้นแต่ปริมาณหิมะที่ตกลงมาจะเพิ่มขึ้นเพื่อชดเชยหิมะที่ละลายเพิ่มขึ้น ธารน้ำแข็งจะเติบโตและหดตัวเนื่องจากทั้งความแปรปรวนตามธรรมชาติและแรงภายนอก ความแปรปรวนของอุณหภูมิ ปริมาณน้ำฝน และอุทกวิทยา สามารถกำหนดวิวัฒนาการของธารน้ำแข็งในฤดูกาลใดฤดูกาลหนึ่งได้อย่างมาก

กระบวนการทางภูมิอากาศที่สำคัญที่สุดนับตั้งแต่ช่วงกลางถึงปลายยุคไพลโอซีน (ประมาณ 3 ล้านปีก่อน) คือวัฏจักรยุคน้ำแข็งและ ยุค ระหว่างน้ำแข็งยุคระหว่างน้ำแข็งในปัจจุบัน (ยุคโฮโลซีน ) มีระยะเวลายาวนานประมาณ 11,700 ปี^{[ 116 ]}การเปลี่ยนแปลงวงโคจรของโลกการตอบสนองต่างๆ เช่น การขึ้นและลงของ แผ่นน้ำแข็ง ทวีปและการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำทะเลอย่างมีนัยสำคัญ ช่วยสร้างสภาพภูมิอากาศ การเปลี่ยนแปลงอื่นๆ รวมถึงเหตุการณ์ไฮน์ริช เหตุการณ์แดน ส์การ์ด-โอเอชเกอร์และยุคยังเกอร์ ไดรยาสแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของธารน้ำแข็งอาจส่งผลต่อสภาพภูมิอากาศได้โดยไม่ต้องอาศัยแรงผลักดันจากวงโคจรของโลก

ในช่วงยุคน้ำแข็งครั้งสุดท้ายเมื่อประมาณ 25,000 ปีก่อน ระดับน้ำทะเลต่ำกว่าปัจจุบันประมาณ 130 เมตร การละลายของธารน้ำแข็งหลังจากนั้นมีลักษณะเป็นการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำทะเลอย่างรวดเร็ว^{[ 117 ]}ในช่วงต้นยุคไพลโอซีนอุณหภูมิโลกสูงกว่าอุณหภูมิปัจจุบัน 1–2 องศาเซลเซียส แต่ระดับน้ำทะเลสูงกว่าปัจจุบัน 15–25 เมตร^{[ 118 ]}

น้ำแข็งทะเลมีบทบาทสำคัญต่อสภาพภูมิอากาศของโลก เนื่องจากส่งผลต่อปริมาณแสงอาทิตย์ทั้งหมดที่สะท้อนออกจากโลก^{[ 119 ]}ในอดีต มหาสมุทรของโลกเคยถูกปกคลุมด้วยน้ำแข็งทะเลเกือบทั้งหมดในหลายโอกาส เมื่อโลกอยู่ในสภาวะที่เรียกว่ายุคน้ำแข็งโลก^{[ 120 ]}และปราศจากน้ำแข็งโดยสิ้นเชิงในช่วงที่มีสภาพอากาศอบอุ่น^{[ 121 ]}เมื่อมีน้ำแข็งทะเลอยู่เป็นจำนวนมากทั่วโลก โดยเฉพาะในเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน สภาพภูมิอากาศจะอ่อนไหวต่อแรงกระตุ้นมากขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาตอบกลับระหว่างน้ำแข็งและค่าการสะท้อนแสงนั้นรุนแรงมาก^{[ 122 ]}

ปัจจัย ต่างๆที่ส่งผลต่อสภาพภูมิอากาศมักเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาในทางธรณีวิทยาและกระบวนการบางอย่างของอุณหภูมิโลกอาจมีการควบคุมตนเองตัวอย่างเช่น ในช่วง ยุค น้ำแข็งโลก (Snowball Earth ) แผ่นน้ำแข็งขนาดใหญ่แผ่ขยายไปถึงเส้นศูนย์สูตรของโลก ครอบคลุมพื้นผิวโลกเกือบทั้งหมด และค่าการสะท้อนแสง ที่สูงมาก ทำให้เกิดอุณหภูมิต่ำมาก ในขณะที่การสะสมของหิมะและน้ำแข็งน่าจะช่วยกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านการตกตะกอนในชั้นบรรยากาศอย่างไรก็ตาม การที่ไม่มีพืชปกคลุมเพื่อดูดซับ CO2 ในชั้นบรรยากาศ_ที่ปล่อยออกมาจากภูเขาไฟ หมายความว่าก๊าซเรือนกระจกนี้สามารถสะสมอยู่ในชั้นบรรยากาศได้ นอกจากนี้ยังไม่มีหินซิลิเกตที่โผล่ขึ้นมา ซึ่งจะใช้ CO2 _{เมื่อ}เกิดการผุพัง ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนขึ้น ซึ่งต่อมาทำให้ธารน้ำแข็งละลายและอุณหภูมิโลกกลับมาสูงขึ้นอีกครั้ง

ช่วงอุณหภูมิสูงสุดในยุค พาลีโอซีน-อีโอซีน (PETM) เป็นช่วงเวลาที่มีอุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกสูงขึ้นมากกว่า 5–8 องศาเซลเซียส^{[ 123 ]}เหตุการณ์สภาพภูมิอากาศนี้เกิดขึ้นในช่วงรอยต่อระหว่างยุคธรณีวิทยาพาลีโอ ซีน และอีโอซีน [ ^{124 ] ใน} ช่วงเหตุการณ์ดังกล่าว มีการปล่อย ก๊าซมีเทน ออกมา เป็นจำนวนมากซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพสูง^{[ 125 ]} PETM ถือเป็น "กรณีศึกษา" สำหรับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในยุคปัจจุบัน เนื่องจากมีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกออกมาในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาที่ค่อนข้างสั้น^{[ 123 ]}ในช่วง PETM เกิดการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ของสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรลึก^{[ 126 ]}

ตลอดช่วงยุคซีโนโซอิกปัจจัยทางภูมิอากาศหลายอย่างส่งผลให้บรรยากาศร้อนขึ้นและเย็นลง ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของแผ่นน้ำแข็งแอนตาร์กติกา ในช่วงแรก การละลายในเวลาต่อมา และการกลับมาเป็นธารน้ำแข็งอีกครั้งในภายหลัง การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเกิดขึ้นค่อนข้างฉับพลัน โดยมีความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 600–760 ppm และอุณหภูมิสูงกว่าปัจจุบันประมาณ 4 °C ในช่วงยุคไพลสโตซีน วัฏจักรของยุคน้ำแข็งและยุคระหว่างน้ำแข็งเกิดขึ้นในรอบประมาณ 100,000 ปี แต่อาจคงอยู่ในช่วงระหว่างน้ำแข็งนานกว่านั้นเมื่อความเยื้องศูนย์ของวงโคจรเข้าใกล้ศูนย์ เช่นเดียวกับในช่วงระหว่างน้ำแข็งปัจจุบัน ยุคระหว่างน้ำแข็งก่อนหน้านี้ เช่น ยุค อีเมียนทำให้เกิดอุณหภูมิสูงกว่าปัจจุบัน ระดับน้ำทะเลสูงขึ้น และการละลายบางส่วนของ แผ่นน้ำแข็ง แอนตาร์กติกา ตะวันตก

อุณหภูมิทางภูมิอากาศส่งผลกระทบอย่างมากต่อปริมาณเมฆและการตกของฝน ที่อุณหภูมิต่ำ อากาศสามารถกักเก็บไอน้ำได้น้อยลง ซึ่งอาจนำไปสู่ปริมาณฝนที่ลดลง^{[ 127 ]}ในช่วงยุคน้ำแข็งครั้งสุดท้ายเมื่อ 18,000 ปีก่อนการระเหยจากมหาสมุทรสู่แผ่นดินทวีปที่เกิดจากความร้อนมีน้อย ทำให้เกิดทะเลทรายสุดขั้วเป็นบริเวณกว้าง รวมถึงทะเลทรายขั้วโลก (หนาวเย็นแต่มีปริมาณเมฆและการตกของฝนต่ำ) ^{[ 104 ]}ในทางตรงกันข้าม สภาพภูมิอากาศของโลกมีเมฆมากและชื้นกว่าในปัจจุบันในช่วงเริ่มต้นของยุคแอตแลนติก ที่อบอุ่น เมื่อ 8,000 ปีก่อน^{[ 104 ]}

ยุคโฮโลซีนมีลักษณะเด่นคือการเย็นตัวลงในระยะยาว เริ่มต้นหลังจากยุคโฮโลซีนที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดซึ่งอุณหภูมิน่าจะต่ำกว่าอุณหภูมิปัจจุบันเพียงเล็กน้อย (ทศวรรษที่สองของศตวรรษที่ 21) ^{[ 128 ]} และ มรสุมแอฟริกาที่รุนแรงได้สร้างสภาพทุ่งหญ้าในทะเลทรายซาฮาราในช่วงยุคหินใหม่ที่ มีฝนตก น้อย นับตั้งแต่นั้นมาเหตุการณ์การเย็นตัวลง หลายครั้ง ได้เกิดขึ้น รวมถึง:

• การแกว่งของ ปิโอรา
• ยุคสำริดตอน กลางยุคน้ำแข็ง
• ยุคเหล็ก ยุคหนาว
• ยุคน้ำแข็งน้อย
• ช่วงเวลาที่อุณหภูมิลดลงราวปี ค.ศ. 1940-1970 ซึ่งนำไปสู่สมมติฐานเรื่องภาวะโลกร้อน

ในทางตรงกันข้าม ก็มีช่วงเวลาที่อากาศอบอุ่นหลายช่วงเกิดขึ้นเช่นกัน ซึ่งรวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียง:

• ช่วงเวลาที่อบอุ่นในช่วงที่อารยธรรมมิโนอัน รุ่งเรืองที่สุด
• ยุคอบอุ่นของโรมัน
• ยุคอบอุ่นสมัยกลาง
• ภาวะโลกร้อนในยุคปัจจุบันช่วงศตวรรษที่ 20

ปรากฏการณ์บางอย่างเกิดขึ้นในช่วงวัฏจักรเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น ในช่วงยุคอบอุ่นสมัยกลางภาคกลางของอเมริกาประสบภัยแล้ง รวมถึงเนินทรายในเนแบรสกาซึ่งเคยเป็นเนินทรายที่ กำลังเคลื่อนตัวอยู่ โรคระบาดกาฬโรค ที่ เกิดจากเชื้อ แบคทีเรีย Yersinia pestisก็เกิดขึ้นในช่วงที่อุณหภูมิผันผวนในยุคกลาง และอาจเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศด้วย

กิจกรรมของดวงอาทิตย์อาจมีส่วนทำให้เกิดภาวะโลกร้อนในยุคปัจจุบันซึ่งถึงจุดสูงสุดในช่วงทศวรรษ 1930 อย่างไรก็ตาม วัฏจักรของดวงอาทิตย์ไม่สามารถอธิบายภาวะโลกร้อนที่สังเกตได้ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 จนถึงปัจจุบันได้ เหตุการณ์ต่างๆ เช่น การเปิดเส้นทางเดินเรือตะวันตกเฉียงเหนือและปริมาณน้ำแข็งในแถบอาร์กติกที่ ลดลงต่ำสุดเป็นประวัติการณ์ในยุคปัจจุบัน ไม่ได้เกิดขึ้นมาอย่างน้อยหลายศตวรรษแล้ว เนื่องจากนักสำรวจในยุคแรกๆ ไม่สามารถข้ามไปยังแถบอาร์กติกได้ แม้แต่ในฤดูร้อน การเปลี่ยนแปลงของระบบนิเวศและขอบเขตที่อยู่อาศัยก็ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนเช่นกัน โดยเกิดขึ้นในอัตราที่ไม่สอดคล้องกับการผันผวนของสภาพภูมิอากาศที่รู้จักกัน

ผลจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ของมนุษย์ ทำให้อุณหภูมิพื้นผิวโลกเริ่มสูงขึ้น ภาวะโลกร้อนเป็นแง่มุมหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศสมัยใหม่ ซึ่งเป็นคำที่รวมถึงการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ในปริมาณน้ำฝน เส้นทางพายุ และปริมาณเมฆด้วย ส่งผลให้ธารน้ำแข็งทั่วโลกหด ตัว ลงอย่างมีนัยสำคัญ^{[ 129 ] [ 130 ]}แผ่นน้ำแข็งบนบกในทั้งทวีปแอนตาร์กติกาและกรีนแลนด์สูญเสียมวลมาตั้งแต่ปี 2002 และพบว่าการสูญเสียมวลน้ำแข็งเร่งตัวขึ้นตั้งแต่ปี 2009 ^{[ 131 ]}ระดับน้ำทะเลทั่วโลกสูงขึ้นอันเป็นผลมาจากการขยายตัวทางความร้อนและการละลายของน้ำแข็ง การลดลงของน้ำแข็งทะเลอาร์กติก ทั้งในด้านขอบเขตและความหนา ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา เป็นหลักฐานเพิ่มเติมของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างรวดเร็ว^{[ 132 ]}

แผ่นดิน-มหาสมุทรอุณหภูมิอากาศพื้นผิวเหนือแผ่นดินเพิ่มขึ้นเร็วกว่าอุณหภูมิเหนือมหาสมุทร^{[ 133 ]}โดยมหาสมุทรดูดซับความร้อนส่วนเกินประมาณ 90% ^{[ 134 ]}

ซีกโลกอุณหภูมิเฉลี่ยของซีกโลกทั้งสองเปลี่ยนแปลง ไป ^{[ 135 ]} เนื่องจากซีกโลกเหนือมีพื้นที่ดินมากกว่า และเนื่องจากกระแสน้ำในมหาสมุทรทั่วโลก^{[ 13 ]}

แถบละติจูดแถบละติจูดสามแถบซึ่งครอบคลุมพื้นที่ผิวโลก 30, 40 และ 30 เปอร์เซ็นต์ตามลำดับ แสดงให้เห็นรูปแบบการเติบโตของอุณหภูมิที่แตกต่างกันในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา^{[ 136 ]}

แถบละติจูดภาวะโลกร้อนมีความแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละละติจูด โดยบริเวณละติจูดเหนือสุดมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นมากที่สุด

ระดับความสูงกราฟแถบแสดงอุณหภูมิ ( สีน้ำเงินหมายถึงเย็นสีแดงหมายถึงอุ่น) แสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์เรือนกระจกกักเก็บความร้อนไว้ในชั้นบรรยากาศด้านล่างและมหาสมุทร ส่งผลให้ชั้นบรรยากาศด้านบนซึ่งได้รับพลังงานสะท้อนกลับน้อยลง เย็นลง^{[ 137 ] [ 138 ]}

ระดับโลกเทียบกับระดับภูมิภาคด้วยเหตุผลทางภูมิศาสตร์และสถิติ คาดว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงปีต่อปีที่มากขึ้น^{[ 139 ]}สำหรับภูมิภาคทางภูมิศาสตร์เฉพาะที่ (เช่น แคริบเบียน) มากกว่าค่าเฉลี่ยทั่วโลก^{[ 140 ]}

ความเบี่ยงเบนสัมพัทธ์แม้ว่าอเมริกาเหนือจะอุ่นขึ้นมากกว่าเขตร้อน แต่เขตร้อนกลับเบี่ยงเบนจากความแปรปรวนทางประวัติศาสตร์ปกติอย่างชัดเจนกว่า (แถบสี: ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน 1σ, 2σ) ^{[ 141 ]}

นอกเหนือจากความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศโลกและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกเมื่อเวลาผ่านไปแล้ว ยังมีการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมากมายเกิดขึ้นพร้อมกันในภูมิภาคทางกายภาพต่างๆ อีกด้วย

การที่มหาสมุทรดูดซับความร้อนส่วนเกินได้ประมาณ 90% ส่งผลให้อุณหภูมิพื้นผิวโลกเพิ่มขึ้นเร็วกว่าอุณหภูมิพื้นผิวทะเล^{[ 134 ]}ซีกโลกเหนือซึ่งมีอัตราส่วนพื้นที่ดินต่อมหาสมุทรมากกว่าซีกโลกใต้ แสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเฉลี่ยที่มากกว่า^{[ 13 ]}ความแปรผันในแถบละติจูดต่างๆ ยังสะท้อนให้เห็นถึงความแตกต่างในการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเฉลี่ยนี้ โดยการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในเขต ร้อนชื้นทางเหนือ จะสูงกว่าในเขตร้อน ซึ่งในทางกลับกันก็สูงกว่าในเขตร้อนชื้นทางใต้^{[ 136 ]}

ชั้นบรรยากาศส่วนบนเย็นลงพร้อมๆ กับที่ชั้นบรรยากาศส่วนล่างร้อนขึ้น ซึ่งเป็นการยืนยันถึงผลของปรากฏการณ์เรือนกระจกและการลดลงของโอโซน^{[ 138 ]}

ความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศในระดับภูมิภาคที่สังเกตได้ยืนยันการคาดการณ์เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงที่กำลังดำเนินอยู่ ตัวอย่างเช่น โดยการเปรียบเทียบความแปรปรวนทั่วโลกแบบปีต่อปี (ที่ราบเรียบกว่า) กับความแปรปรวนแบบปีต่อปี (ที่ผันผวนมากกว่า) ในภูมิภาคเฉพาะที่^{[ 139 ]}ในทางกลับกัน การเปรียบเทียบรูปแบบภาวะโลกร้อนของภูมิภาคต่างๆ กับความแปรปรวนในอดีตของแต่ละภูมิภาค ช่วยให้สามารถวางขนาดที่แท้จริงของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิไว้ในมุมมองของความแปรปรวนปกติสำหรับแต่ละภูมิภาคได้^{[ 141 ]}

การสังเกตความแปรปรวนในระดับภูมิภาคช่วยให้สามารถศึกษาจุดเปลี่ยนสภาพภูมิอากาศ ในระดับภูมิภาค เช่น การสูญเสียป่าฝน การละลายของแผ่นน้ำแข็งและน้ำแข็งทะเล และการละลายของชั้นดินเยือกแข็งถาวร^{[ 142 ]}ความแตกต่างดังกล่าวเป็นพื้นฐานของการวิจัยเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของจุดเปลี่ยนสภาพภูมิอากาศแบบ ต่อเนื่องทั่วโลก ^{[ 142 ]}

• สภาพภูมิอากาศปกติ
• ยุคแอนโทรโปซีน
• ปริมาณความร้อนในมหาสมุทร