Выше мы проследили за изменениями климата, которые носили глобальный характер и охватывали как длительные, так и более короткие периоды истории Земли. В основном это было вызвано естественными причинами. Лишь в небольшой мере, особенно в последние десятилетия, отдельные изменения объясняются неосознанной деятельностью человека: вырубка и выжигание лесов на больших пространствах, увеличение пахотных земель, вытаптывание растительности животными в так называемых аридных зонах, что могло способствовать наступлению пустынь, и др. Однако человеческая деятельность подобного рода не способна повлиять на крупные климатические колебания: ледниковые и межледниковые периоды или даже малый климатический оптимум и малый ледниковый период.
Как подчеркивалось, строгой теории, позволяющей с уверенностью объяснить и математически оценить колебания климата в прошлом, не создано. Тем не менее наука в состоянии дать количественную оценку отдельных климатообразующих факторов и качественную интерпретацию их влияния на климат. Для наглядности запишем в самом общем виде уравнение баланса термодинамической энергии. Если обозначить среднюю взвешенную по массе и отнесенную к единице массы температуру столба атмосферы единичного сечения T, а ее изменения ΔT, то
ΔT = (1 - A)S0 + Eэф + Eтурб + Eфаз + Eциркул + D + Eист.
Здесь А — интегральное альбедо системы Земля—атмосфера, характеризующее отражательную способность как подстилающей поверхности, так и самой атмосферы для приходящей от Солнца радиации. Оно меняется теоретически от 0 до 100% (от 0 до 1). В среднем для всего земного шара интегральное альбедо системы 0,3—0,35. Это означает, что 30—35% приходящей солнечной радиации, в основном коротковолновой, отражается и уходит в мировое пространство. Однако для различных сезонов альбедо системы колеблется в очень широких пределах — от нескольких единиц до 90%. В связи с этим, для того чтобы оценить только роль альбедо, необходимо знать характеристику и состояние биосферы над всем земным шаром, почв, океана, снежного и ледового покрова. Альбедо атмосферы зависит от количества и микроструктуры облачности, весьма изменчивой во времени и пространстве.
Указанные характеристики климатической системы непрерывно находятся в динамике. Без ее понимания мы не может оцепить изменение альбедо системы Земля-атмосфера. На примере одного этого параметра видно, что климатическая система многокомпонентна.
S0 — приходящая на верхнюю границу атмосферы солнечная радиация. Она зависит от интенсивности солнечного излучения, времени года и суток, широты места, параметров земной орбиты и угла наклона земной оси. Легко видеть, что величина S0 зависит от ряда факторов как земного, так и внеземного происхождения.
В сумме величина (1—A)S0 характеризует долю поглощенной системой Земля—атмосфера солнечной радиации.
Eэф — эффективное уходящее длинноволновое излучение, т. е. количество тепловой радиации, покидающей Землю. Оно зависит от температуры излучающего тепло тела, т. е. от температур подстилающей поверхности и атмосферы, от газового и аэрозольного состава атмосферы, облачности. Одни газовые и аэрозольные компоненты поглощают длинноволновую радиацию (водяной пар, углекислый газ, облачность или, как принято говорить, облачный аэрозоль и др.), другие пропускают длинноволновую радиацию полностью или частично (азот, кислород, крупная пыль и др.). В обычном состоянии в отдельности газы и главным образом N и O2, из которых в основном состоит атмосфера, не поглощают в сильной мере ни длинноволновую, ни коротковолновую радиацию и сами по себе существенно не влияют на тепловой режим атмосферы. Но в результате внешних воздействий, например вулканических извержений, солнечных вспышек, а в последние годы и антропогенных факторов (атомные взрывы, сжигание топлива), эти газы могут образовать соединения (например, окислы N и др.), которые будут поглощать как длинноволновую, так и коротковолновую радиацию и влиять тем самым на тепловой режим атмосферы.
Eтурб — турбулентный поток тепла между атмосферой и подстилающей поверхностью. Он зависит от контраста температур между атмосферой и подстилающей поверхностью и ее свойств, а также от скорости ветра.
Eфаз — фазовые притоки тепла, характеризующие как затраты тепла на испарение, так и выделение затраченного на испарение тепла при конденсации водяного пара и выпадении осадков.
Eциркул — перераспределение тепла по земному шару за счет циркуляционных процессов. В среднем для всего земного шара приток тепла равен нулю. Но в отдельных регионах за счет этого источника могут происходить существенные изменения температур.