在曾经的岁月里，从恐龙称霸到猛犸消失，从玛雅文化到吴哥遗迹，历史长河无数次湮没了星河灿烂的文明。究竟是什么改变了山河，又是什么悄悄地改变着地球的容颜？这里原因当然很复杂，但有一个重要原因不能忽视，就是气候。工业革命之前，地球气候变化主要受自然因素的驱动；工业革命之后，人类活动的影响逐渐明显，最近50年的气候变化主要是由人类活动引起的。
气候变化和人类安全的关系让全球瞩目。人类活动对气候变化的影响以及两者之间的联系，是20世纪70年代以来的热门话题。由于近百年来全球气候有变暖的趋势，同时科学家们又注意到人类向大气中排放的微量气体浓度明显增加，因此两者之间是否有因果联系等，已成为各国科学家、公众和政策制定者关注的问题。
气候变化和人类安全的关系，也以震撼的科幻情景搬上屏幕。暴雨引发的洪灾成为电影《水啸雾都》的震撼场景；《未来水世界》上演着全球变暖后世界变成汪洋；《后天》幻化着温暖升级的地球一天之内突然急剧降温，温室效应引发的灾难，使全球跌进冰河世纪——科幻电影里的灾难场景似乎就是地球明天的现实。由前美国副总统戈尔主演、获得第79届奥斯卡金像奖最佳纪录片《难以忽视的真相》，更是引起社会公众对气候变化的广泛关注。
气候学家主要利用气候模式对气候变化进行模拟和预测。气候学家预测，未来20年，在合理的排放范围内，全球气温将以每10年0.2℃的平均速度增长。如果不采取全球联合行动减排温室气体，到2100年，全球平均地表温度相对于1990年将上升1.4～5.8℃，政府间气候变化专业委员会（IPCC）第四次评估报告将这一升温值修正为1.1～6.4℃。
根据中国气候学家的预测，未来20～100年中国地表气温将明显增加，与2000年比较，2020年中国年平均气温将增加1.1～2.1℃，2030年增加1.5～2.8℃，2050年增加2.3～3.3℃。预计到2020年，全国平均年降水量将增加2％～3%，到2050年可能增加5％～7%。
6.1现代气候变化问题
6.1.1焦点的争论
关于气候变化的争论，多是源于人们对自然规律的认识不够，大自然奥妙无穷、纷繁复杂，要正确理解大自然内部的因果关系，比认识大自然的外在美更难。伽利略和牛顿发现惯性定理以前，亚里士多德的“没有力就没有运动”的说法，经历了长达1000多年的时间才被认为是科学的。没有爱因斯坦相对论的时候，牛顿体系和以太理论被认为是认识宇宙的科学。科学探索、研究、发现和争论，必将促进科学的发展，使人类正确认识地球气候变化。我们只有学习、研究和科学认识气候变化，才能明辨未来的气候变化趋势，平息现有的争议。
气候变化问题的争论由来已久，科学界有三种观点：变暖论、变冷论和怀疑论。20世纪70年代气候“变冷说”一度成为主流。1971年，丹斯加德等人根据格陵兰冰芯氧同位素谱分析，较早提出地球气候将进入冷周期。美国威斯康星大学环境研究所布赖森认为，地球正缓慢进入另一个大冰河期。一批欧美知名学者曾聚会于美国布朗大学，召开题为“当前的间冰期何时及如何结束”的研讨会。学者们举出实例证明，目前的地球气温已经在开始下降，从暖到冷的变化很快，如果人类不加以干涉，当前的暖期将会较快结束，可以预期不出几千年，也许只有几百年，全球冰期以及相应的环境变迁就会来临。这种“冰期将临”的观点一直持续了20年，当时的社会主流还要发起阻止气候继续变冷的行动。
那时只有少数科学家坚持“全球变暖论”，其中就有中国著名的气象学家竺可桢先生，他用中国历史上的气候变化事实驳斥了当时盛行的“全球变冷说”。他指出，温度出现1℃上下的变动在过去5000年中极为普通，算不上地球变冷的证据。他还用红笔在这段话前面写下“杞人忧天”四个字为标题，显示了科学大师把握气候变化的自信和超凡智慧。直到20世纪80年代以来，全球气候没有变冷反而迅速变暖的事实表明，竺可桢先生的预测是成功的。
1988年11月，世界气象组织和联合国环境规划署联合成立政府间气候变化专业委员会（IPCC）。从1990年起，IPCC先后4次发布评估报告，逐步确认了全球变暖的真实性、与人类活动的相关性及节能减排的必要性。IPCC评估报告的核心内容是：全球变暖是不争的事实，而且主要是由人类活动引起的，化石能源燃烧和毁林等导致大气中温室气体浓度大幅上升，从而引起全球气候变暖。全球变暖将会带来海平面上升、灾害天气增加、人类生存环境恶化等一系列后果，对可持续发展构成严重威胁。为减缓全球变暖进程，人类应该尽快大规模消减温室气体排放。由于有上千名各国科学家参与，IPCC评估报告有着很高的权威性，其观点不仅作为联合国相关谈判的主要理论依据，也被国际社会广泛认可，成为关于气候变化的主流观点。
事实上，IPCC评估报告预估未来变暖趋势的结论并没有被验证，直到2012年全球气温并没有超过最暖的1998年，20世纪前10年实际观测到的全球平均温度并没有按照IPCC预期的上升0.2℃，气温也没有按照预估的趋势攀升。
一些科学家、学者对于IPCC的结论，以及温室效应与全球变暖理论持保留甚至持怀疑和反对的态度，他们相继在学术刊物上发表文章，针对全球变暖在科学上的不确定性，对其主流观点进行反驳。2007年，气候变化怀疑论者针对IPCC正式成立了一个NIPCC组织，也就是“非政府IPCC‘”，并推出题为《重新思考气候变化》的报告，提出了诸多与IPCC报告不同的观点。
综合起来，这些观点主要包括：一是质疑全球变暖现象的真实性，认为全球变暖趋势已经停止，或者认为全球气候正在变冷。还有观点认为，全球气候变暖的程度微不足道，气候一直在变暖和降温间反复，全球气候是否异常变暖尚无定论。二是太阳活动周期等是气候变化的主要原因，人类活动对全球变暖影响有限。许多科学家认为世界气候一直处于不稳定状态，受太阳黑子周期性活动的影响，地球气候也形成了一个不规则的气候变化周期。三是全球变暖的后果并不可怕，甚至可能对人类是一个福音。四是当前解决气候变化问题的思路有误，人类无力逆转气候变暖趋势。一部分怀疑论者承认全球变暖问题的真实性和严重性，但认为当前国际谈判和温室气体减排等措施无力扭转全球变暖趋势。
关于气候变化问题，中国的科学家在气候变化领域开展了很多研究工作，许多方面不仅在国内，而且在国际上也占有一席之地。2011年11月，中国科学技术部、中国气象局、中国科学院等12个部门组织编制和发布了《第二次气候变化国家评估报告》。
评估报告给出未来可能的变化：利用多个气候系统模式集合平均，预计到21世纪末，中国年平均温度在低排放、中排放、高排放情境下，将比1980~1999年平均分别增加约2.5℃、3.8℃和4.6℃。比全球平均温度增幅大。中排放情境下，全国年平均降水有所增加，中心位于青藏高原南部及云贵高原，以及长江中下游地区。但上述降水变化趋势并非全年一致。夏季降水在除塔里木盆地西部等个别地区外，都表现为一致的增加趋势，而冬季青藏高原南部和华南部分地区降水减少，其他地区降水增多。中国海平面将继续上升，到2030年，全海域海平面上升将达到80～120毫米。21世纪末，中国大部分地区的降雪日数将减少，青藏高原东部、南部是减少最大的地区，达50天。积雪日数大于60天的区域面积将减少10%左右。年平均积雪量的变化与积雪日数的变化总体上表现一致，但存在区域差别。
6.1.2气候变化
气候变化是指气候平均状态随时间的变化，即气候平均状态和离差两者中的一个或两个一起出现了统计意义上显著的变化。离差就是距离平均状态的程度，离差值越大，表明气候变化的幅度越大，气候状态不稳定性增加，气候变化敏感性也增大。气候变化的指标要素是降水和气温。下面以温度为例，由温度变化引起的气候（图中横坐标表示温度，纵坐标表示出现概率，引自IPCC2001）说明气候变化与平均值或离差值变化的关系。
气温变化引起的气候变化先介绍一下概率统计上的正态分布，这是自然界最常见的一种概率分布，由平均值和方差决定。方差就是与平均值差值平方的均值。正态分布关于平均值对称，平均值处分布密度最大，距离平均值越远，分布密度越小，画出来的分布曲线形状很像一个对称的山体。假定某一地区的温度多年平均条件下呈正态分布，则该地区的天气在平均温度处出现的可能性最大，偏冷和偏热天气出现的可能性较小，极冷或极热的天气出现的可能性很小或没有。
气候系统及其圈层间相互作用过程概略人类对气候和气候系统的认识有一个过程，20世纪50年代之前，经典气候概念被看作表征地球大气的一些基本要素的平均值，一般认为30年的平均值就可以表征气候的基本特征，并且认为这些平均值是基本稳定的。随着科学的发展和气候资料的增加，经典的气候概念受到挑战：一方面30年气候平均值是变化的、不稳定的，说明气候变化在时空上是多尺度的；另一方面人们认识到气候变化与海洋、陆地、冰雪和人类活动相互影响，时空上具有全球的特点，并与区域性的气候变化相互影响，形成了气候系统的概念。1974年世界气象组织和国际科学联盟理事会联合召开的国际讨论会提出气候系统的概念，指出气候系统是能够决定气候形成及其变化的各种因子的统一体，包括大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈（陆地表面）和生物圈。因此，我们可以认为气候变化是气候系统的总体行为，既有大气内部过程对气候变化的影响，还有海洋、冰雪、地表以及生物过程对气候变化的相互作用。
水汽在温室效应反馈中起着重要的作用。大气中的水汽作为温室气体之一有效地保持了地球表面的温度，如果气候缓慢变暖，会使更多的水汽从海洋和陆面上蒸发出来，从而增强了温室效应，使气温增加更多，因此水汽反馈是正反馈。如果不抑制，海水将会蒸发完，出现失控的温室效应。气候系统中有许多抑制和平衡办法来抵消这种反馈的变化。例如温度升高，红外辐射也随着增强，因此减慢了温度的升高。
冰雪在反射率反馈中起着重要作用。当温度升高时，冰雪覆盖减少，地表反射率减小，吸收的太阳辐射增加，因而温度进一步升高；当温度降低时，冰雪覆盖增多，地表反射率增大，吸收的太阳辐射减少，因而温度进一步降低。两种情况都是正反馈。同样，温度降低的冰雪正反馈，如果无限制发展下去，会产生失控冰期。但其他机制可以调节降温的幅度，抵消了这种反馈的变化。
云在地面温度反馈中可能是正反馈，也可能是负反馈。一方面，云可以反射掉入射的部分太阳能，减少了地球系统可能获得的有效能量，使地球变冷，称为阳伞效应；另一方面，云具有温室气体的作用，既吸收地球下垫面的红外辐射，自身也放出红外辐射，从而减少了地气系统向空气损失的能量，这种作用被称为被毯效应。一般来讲，高云由冰晶组成，可以使太阳辐射通过，又因其温度低，向太空辐射的红外能量少，因而具有被毯效应，可使系统增温。低云由水滴组成，反射太阳辐射多，而且云顶相对较暖，向太空辐射很多从地球吸收的能量，因而常导致降温。例如，气候变暖时，地面温度升高，水蒸发增多，低云增多，反射增强，地面吸热减少，于是变暖减慢，此时云反馈是负反馈。研究表明，总体来说，目前云对我们星球有净的冷却效果。若无云，则大气会变暖。云量和云的结构等对气候变化的影响是复杂而敏感的，地面温度通过反馈作用使云的状态发生变化的机制，还未完全弄懂，仍然是继续探讨的问题之一。
海洋在二氧化碳反馈作用中对气候变化的影响存在着不确定性。如果气候变暖海水升温，将促使海上的浮游植物生长，并吸收大气中的二氧化碳，从而减少温室气体，减缓了气候变暖，这是负反馈。同时，因为海水升温，使得海水能容纳的二氧化碳含量减少，使得温室气体二氧化碳增多，又促进了气候变暖，这是正反馈。此外，海洋具有极大的热容量，可以通过有效地调节热量的收支和传输，减缓气候变暖。
气候系统的各圈层不是独立存在的，它们之间发生着明显的相互作用，决定着气候形成及其变化。气候系统的任何变化都会影响到人类的生存和发展，同时，人类活动通过诸如农牧业、工业生产及城市建设等活动，不断改变土地、水等的利用状况，改变地表的物理特性以及地表与大气之间热量与水分的交换，对气候产生影响。气候变化对人类有不利的影响，同时也有有利的影响。