ภูมิอากาศ

ภูมิอากาศ () เป็นการวัดอย่างหนึ่งของรูปแบบค่าเฉลี่ยของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความชื้น ความกดอากาศ หยาดน้ำฟ้า(ฝน ลูกเห็บ หิมะ) ปริมาณอนุภาคในบรรยากาศ และตัวแปรทางอุตุนิยมวิทยาอื่นในภูมิภาคหนึ่งๆในช่วงระยะเวลานาน ภูมิอากาศแตกต่างจากลมฟ้าอากาศ () ที่นำเสนอสภาพขององค์ประกอบเหล่านี้และการแปรผันในเวลาสั้นๆในพื้นที่ที่กำหนด

ภูมิอากาศของภูมิภาคหนึ่งเกิดจาก "ระบบภูมิอากาศ" ซึ่งประกอบด้วยห้าองค์ประกอบ ได้แก่ บรรยากาศ () อุทกบรรยากาศ () เยือกแข็ง () เปลือกโลก () และ ชีวมณฑล ()

สภาพภูมิอากาศ ณ จุดใดจุดหนึ่งจะได้รับผลกระทบจากตำแหน่งละติจูดบนพื้นโลก ภูมิประเทศและระดับความสูงที่จุดนั้น เช่นเดียวกับแหล่งน้ำและกระแสใกล้เคียง สภาพอากาศที่สามารถจำแนกตามค่าเฉลี่ยและพิสัยปกติของตัวแปรที่แตกต่างกันไป มากที่สุดได้แก่อุณหภูมิและหยาดน้ำฟ้า รูปแบบการจัดหมวดหมู่ที่ใช้กันแพร่หลายที่สุดได้รับการพัฒนาขึ้นเริ่มแรกโดย Wladimir Köppen. ระบบ Thornthwaite อยู่ในการใช้งานตั้งแต่ปี 1948 ควบรวมกับการคายระเหย () ที่มีพร้อมกับอุณหภูมิและข้อมูลหยาดน้ำฟ้าถูกนำมาใช้ในการศึกษาความหลากหลายทางสายพันธุ์สัตว์และผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ระบบของ Bergeron และการจำแนกบทสรุปเชิงพื้นที่ () จะมุ่งเน้นไปที่จุดเริ่มต้นของมวลอากาศที่กำหนดสภาพภูมิอากาศของภูมิภาคหนึ่งๆ

ภูมิอากาศบรรพกาลวิทยา () คือการศึกษาของภูมิอากาศโบราณ เนื่องจากการสังเกตโดยตรงของสภาพภูมิอากาศยังไม่พร้อมใช้ก่อนศตวรรษที่ 19 ภูมิอากาศบรรพกาลจะถูกอนุมานจาก'ตัวแปรแบบตัวแทน' () ที่ประกอบด้วยหลักฐานที่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตเช่นตะกอนที่พบในพื้นทะเลสาบและแกนน้ำแข็ง และหลักฐานทางชีววิทยาเช่นวงรอบต้นไม้และปะการัง แบบจำลองภูมิอากาศเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของสภาพอากาศในอดีตปัจจุบันและอนาคต การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอาจเกิดขึ้นในช่วงระยะเวลายาวและสั้นจากความหลากหลายของปัจจัยต่างๆ ภาวะโลกร้อนที่ผ่านมาจะได้กล่าวถึงใน'ภาวะโลกร้อน'

สภาพภูมิอากาศ (Climate) คือ รูปแบบในระยะยาวของสภาพอากาศ (Weather) ในพื้นที่เฉพาะหนึ่งๆ นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งอธิบายว่าสภาพภูมิอากาศ (Climate) คือ ค่าเฉลี่ยของสภาพอากาศ (Weather) ในภูมิภาคหนึ่งๆในช่วงเวลาหนึ่งๆซึ่งต้องมากกว่า 30 ปี เมื่อนักวิทยาศาสตร์ทำการศึกษาเกี่ยวกับสภาพภูมิอากาศ พวกเขาจะมองไปที่ ค่าเฉลี่ยของน้ำฝน อุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ ความเร็วลมหรือการตรวจวัดสภาพอากาศอื่นๆที่ต่อเนื่องเป็นระยะเวลานานในพื้นที่เฉพาะหนึ่งๆ ยกตัวอย่างเช่น จากการติดตามข้อมูลปริมาณน้ำฝน ระดับน้ำในแม่น้ำ อ่างเก็บน้ำและข้อมูลจากดาวเทียม พบว่าในช่วงหน้าร้อน พื้นที่ที่ศึกษามีความแล้งกว่าปกติและถ้าความแห้งแล้งนี้ยังปรากฏอย่างต่อเนื่องในทุกๆหน้าร้อนก็สามารถเป็นข้อบ่งชี้ได้ว่าสภาพภูมิอากาศมีการเปลี่ยนแปลง

Climate (จากกรีกโบราณ klima หมายถึง เอียง) ทั่วไปหมายถึงสภาพอากาศโดยเฉลี่ยเป็นระยะเวลานาน ระยะเวลาเฉลี่ยมาตรฐานคือ 30 ปี แต่ช่วงระยะเวลาอื่นๆก็อาจมีการนำมาใช้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ สภาพภูมิอากาศยังประกอบด้วยสถิติอื่นๆนอกเหนือจากค่าเฉลี่ยเช่นขนาดของการแปรผันแบบวันต่อวันหรือปีต่อปี เลขาธิการคณะกรรมการการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ () นิยามคำศัพท์ไว้ดังนี้:

ความแตกต่างระหว่างสภาพภูมิอากาศและสภาพอากาศจะสรุปได้ดีจากวลีที่นิยมพูดกันว่า "สภาพภูมิอากาศเป็นสิ่งที่คุณคาดหวังว่าแต่สภาพอากาศเป็นสิ่งที่คุณจะได้รับ" ตลอดช่วงเวลาในประวัติศาสตร์จะมีหลายตัวแปรที่เกือบคงที่ที่เป็นตัวกำหนดสภาพภูมิอากาศ รวมทั้งละติจูด ความสูง สัดส่วนของแผ่นดินต่อพื้นน้ำ และระยะใกล้ไกลกับมหาสมุทรและภูเขา ปัจจัยเหล่านี้จะเปลี่ยนเฉพาะในช่วงเวลาหลายล้านปีเท่านั้นเนื่องจากกระบวนการต่างๆ เช่นแผ่นเปลือกโลก ปัจจัยอื่นๆของสภาพภูมิอากาศจะเป็นแบบไดนามิกมากขึ้น เช่น การไหลเวียนของน้ำในมหาสมุทร () ทำให้น้ำในมหาสมุทรแอตแลนติกตอนเหนืออุ่นกว่าแอ่งมหาสมุทรอื่นๆอยู่ 5 °C (9 °F) 
กระแสน้ำอื่นๆในมหาสมุทรจะกระจายความร้อนระหว่างแผ่นดินกับน้ำในระดับภูมิภาคมากกว่า ความหนาแน่นและชนิดของพืชที่ปกคลุมจะมีผลต่อการดูดซึมความร้อนจากแสงอาทิตย์ อีกทั้งการกักเก็บน้ำและปริมาณน้ำฝนในระดับภูมิภาค การเปลี่ยนแปลงในปริมาณของก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศจะเป็นตัวกำหนดปริมาณของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ถูกเก็บรักษาไว้โดยโลกเป็นการนำไปสู่​​ภาวะโลกร้อนหรือการระบายความร้อนของโลก ตัวแปรที่กำหนดสภาพภูมิอากาศมีเป็นจำนวนมากและมีปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อน แต่มีความตกลงทั่วไปว่าโครงร่างในวงกว้างมีความเข้าใจกัน อย่างน้อยตราบเท่าที่ปัจจัยของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในอดีตมีส่วนเกี่ยวข้อง

มีหลายวิธีในการจำแนกดินฟ้าอากาศให้เป็นระบอบการจัดการที่คล้ายกัน แต่เดิมอากาศตามฤดูกาล () ถูกกำหนดในกรีซโบราณเพื่ออธิบายสภาพอากาศที่ขึ้นอยู่กับทำเลที่ตั้งของเส้นรุ้ง วิธีการจำแนกสภาพภูมิอากาศสมัยใหม่จะแบ่งกว้างๆออกเป็นวิธีทาง'พันธุกรรม'ซึ่งมุ่งเน้นไปที่สาเหตุของสภาพภูมิอากาศและวิธีการ'สังเกตุ'ซึ่งมุ่งเน้นไปที่ผลกระทบของสภาพภูมิอากาศ ตัวอย่างของการจัดหมวดหมู่ทางพันธุกรรมจะรวมถึงวิธีการที่ขึ้นอยู่กับ'ความถี่สัมพัทธ์'ของประเภท'มวลอากาศ'ที่แตกต่างกันหรือตำแหน่งภายในสภาพอากาศรบกวนแบบสรุป () ตัวอย่างของการจำแนกประเภทแบบสังเกตุรวมถึงเขตภูมิอากาศที่กำหนดโดยแข็งแกร่งของพืช () การคายระเหย หรือแบบทั่วไปมากกว่าเช่นการแบ่งเขตภูมิอากาศแบบเคิปเปน ซึ่งได้รับการออกแบบเริ่มแรกมาเพื่อระบุสภาพภูมิอากาศที่เกี่ยวข้องกับชีวนิเวศ () บางอย่าง ข้อบกพร่องที่พบบ่อยของการจำแนกประเภทแบบนี้คือที่พวกเขาผลิตขอบเขตที่แตกต่างกันระหว่างโซนที่พวกเขากำหนด แทนที่จะเป็นการเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปของคุณสมบัติของสภาพภูมิอากาศที่พบทั่วไปในธรรมชาติ

บทความหลัก: มวลอากาศ

การจัดหมวดหมู่ที่ง่ายที่สุดคือการการจัดที่เกี่ยวข้องกับมวลอากาศ () การจัดหมวดหมู่แบบ Bergeron เป็นรูปแบบที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางมากที่สุดของการจัดหมวดหมู่แบบมวลอากาศ การจัดหมวดหมู่แบบมวลอากาศเกี่ยวข้องกับสามตัวอักษร

การจัดหมวดหมู่แบบ Bergeron คือระบบจำแนกสรุปเชิงพื้นที่ () แบ่งออกเป็นหกประเภทได้แก่ แห้งขั้วโลก (คล้ายกับขั้วโลกทวีป) แห้งปานกลาง (คล้ายกับทะเลที่เหนือกว่า) แห้งเขตร้อน (คล้ายกับเขตร้อนทวีป) ชื้นขั้วโลก (คล้ายกับทะเลขั้วโลก) ชื้นปานกลาง (ไฮบริดระหว่างขั้วโลกทะเลและเขตร้อนทะเล) และชื้นเขตร้อน (คล้ายกับเขตร้อนทะเล มรสุมทะเลหรือเส้นศูนย์สูตรทะเล)

บทความหลัก: การแบ่งเขตภูมิอากาศแบบเคิปเปน

การแบ่งเขตภูมิอากาศแบบเคิปเปน ขึ้นอยู่กับค่าเฉลี่ยรายเดือนของอุณหภูมิและปริมาณหยาดน้ำฟ้า รูปแบบที่ใช้กันมากที่สุดมีห้าประเภทหลักที่มีอักษรย่อจาก A ถึง F โดยที่ A หมายถึงเขตร้อน B หมายถึงแห้ง C หมายถึงเย็นกึ่งละติจูด D หมายถึงหนาวกึ่งละติจูด และ E หมายถึงขั้วโลก ห้าจำแนกประเภทหลักเหล่านี้ยังสามารถแบ่งออกเป็นประเภทรอง เช่น ภูมิอากาศแบบป่าดิบชื้น, ภูมิอากาศแบบมรสุมเขตร้อน, ภูมิอากาศแบบทุ่งหญ้าสะวันนา, ค่อนข้างร้อนชื้น ชื้นภาคพื้นทวีป ภูมิอากาศแบบมหาสมุทร ภูมิอากาศแบบเมดิเตอร์เรเนียน ที่ราบกว้างใหญ่ซึ่งไม่มีต้นไม้ () ภูมิอากาศแบบกึ่งขั้วโลกเหนือ, ทุนดรา(ที่ราบที่ไม่มีต้นไม้ในขั้วโลกเหนือ) จุกน้ำแข็งขั้วโลกและทะเลทราย

ป่าฝน มีลักษณะที่มีปริมาณน้ำฝนสูง ที่มีการตั้งค่าปริมาณน้ำฝนประจำปีขั้นต่ำตามปกติระหว่าง 1,750 มิลลิเมตร (69 นิ้ว) จนถึง 2,000 มิลลิเมตร (79 นิ้ว) ค่าเฉลี่ยอุณหภูมิรายเดือนเกิน 18 °C (64 ° F) ในทุกช่วงเดือนของปี

มรสุม เป็นลมตามฤดูกาลซึ่งเกิดขึ้นเป็นเวลาหลายเดือนซึ่งนำไปสู่​​ฤดูฝนของภูมิภาค ภูมิภาคอเมริกาเหนือ อเมริกาใต้ กึ่งทะเลทรายสหาราแอฟริกา ออสเตรเลียและเอเชียตะวันออกเฉียงใต้มีภูมิอากาศแบบมรสุม

สะวันนาเขตร้อน เป็นนิเวศวิทยาแบบทุ่งหญ้าที่ตั้งอยู่ในพื้นที่สภาพภูมิอากาศที่กึ่งแห้งแล้งจนถึงกึ่งชื้นของละติจูดกึ่งเขตร้อนและเขตร้อน มีอุณหภูมิเฉลี่ยอยู่ที่หรือสูงกว่า 18 °C (64 °F) ตลอดทั้งปีและมีปริมาณน้ำฝนระหว่าง 750 มิลลิเมตร (30 นิ้ว) และ 1,270 มิลลิเมตร (50 นิ้ว) ต่อปี บริเวณเหล่านี้กระจายอยู่ในทวีปแอฟริกาและในอินเดีย ภาคเหนือของทวีปอเมริกาใต้ มาเลเซียและออสเตรเลีย

ชื้นกึ่งร้อน จะมีฝน(และบางครั้งหิมะ)ในช่วงฤดู​​หนาว พร้อมกับพายุขนาดใหญ่ที่ลมตะวันตก () จะพัดจากตะวันตกไปตะวันออก ปริมาณน้ำฝนในช่วงฤดู​​ร้อนส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นในช่วงพายุฝนฟ้าคะนองและจากพายุไซโคลนเขตร้อนเป็นครั้งคราว ภูมิอากาศแบบชื้นกึ่งทอดไปทางด้านตะวันออกของทวีปประมาณระหว่างเส้นรุ้ง 20 องศาและ 40 องศาห่างจากเส้นศูนย์สูตร

ชื้นทวีป มีสภาพอากาศที่แปรปรวนและอุณหภูมิตามฤดูกาลที่แปรปรวนขนาดใหญ่ บริเวณที่มีอุณหภูมิเฉลี่ยต่อวันสูงกว่า 10 °C (50 °F) มากกว่าสามเดือน และเดือนที่อุณหภูมิต่ำสุดต่ำกว่า -3 °C (27 °F) และมีสภาพภูมิอากาศที่ไม่ตรงตามเกณฑ์สำหรับสภาพภูมิอากาศที่แห้งแล้งหรือกึ่งแห้งแล้งจะถูกจัดให้อยู่ในประเภททวีป

มหาสมุทร มักพบตามชายฝั่งตะวันตกที่ละติจูดกลางของทุกทวีปในโลกและในออสเตรเลียตะวันออกเฉียงใต้และจะมาพร้อมกับหยาดน้ำฟ้าที่อุดมสมบูรณ์ตลอดทั้งปี

เมดิเตอร์เรเนียน คล้ายกับสภาพภูมิอากาศของดินแดนในลุ่มน้ำเมดิเตอร์เรเนียน หลายส่วนของทวีปอเมริกาเหนือตะวันตก หลายส่วนของออสเตรเลียตะวันตกและออสเตรเลียใต้ ในตะวันตกเฉียงใต้ของแอฟริกาใต้ และในหลายส่วนของภาคกลางของชิลี สภาพภูมิอากาศจะเป็นลักษณะที่ร้อน ฤดูร้อนที่แห้งแล้งและเย็น ในฤดูหนาวที่เปียก

steppe เป็นทุ่งหญ้าแห้งที่มีอุณหภูมิในช่วงฤดู​​ร้อนถึง 40 °C (104 °F) และในช่วงฤดู​​หนาวอุณหภูมิจะลดลงไปที่ -40 °C (-40 °F)

กึ่งขั้วโลกเหนือ มีหยาดน้ำฟ้าน้อย และอุณหภูมิรายเดือนที่สูงกว่า 10 °C (50 °F) แค่ 1-3 เดือนของปี มีชั้นดินเยือกแข็งคงตัว () ในส่วนใหญ่ของพื้นที่เนื่องจากฤดูหนาวที่หนาวเย็น ฤดูหนาวที่อยู่ในภูมิอากาศแบบกึ่งขั้วโลกเหนือนี้มักจะมีถึงหกเดือนที่มีอุณหภูมิเฉลี่ยต่ำกว่า 0 °C (32 °F)

ทุนดรา เกิดขึ้นในซีกโลกเหนือที่ห่างไกล ทางตอนเหนือของเข็มขัดไทกา () รวมทั้งพื้นที่กว้างใหญ่ทางภาคเหนือของรัสเซียและแคนาดา

จุกน้ำแข็งขั้วโลก หรือแผ่นน้ำแข็งขั้วโลก เป็นภูมิภาคละติจูดสูงของโลกหรือดวงจันทร์ที่ถูกปกคลุมไปด้วยน้ำแข็ง จุกน้ำแข็งก่อตัวเพราะภูมิภาคละติจูดสูงได้รับพลังงานแสงอาทิตย์จากดวงอาทิตย์น้อยกว่าประเทศแถบเส้นศูนย์สูตร เป็นผลให้มีอุณหภูมิที่พื้นผิวที่ต่ำกว่า

ทะเลทราย เป็นรูปแบบหรือภูมิภาคภูมิทัศน์ท​​ี่ได้รับหยาดน้ำฟ้าน้อยมาก ทะเลทรายมักจะมีช่วงอุณหภูมิในเวลากลางวันและตามฤดูกาลที่ต่างกันมาก สูงหรือต่ำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในเวลากลางวันของสถานที่ตั้ง (ในฤดูร้อนสูงได้ถึง 45 องศาเซลเซียสหรือ 113 °F) และอุณหภูมิในเวลากลางคืนที่ต่ำ (ในช่วงฤดู​​หนาวลงไปที่ 0 °C หรือ 32 °F) เนื่องจากความชื้นที่ต่ำมากๆ ทะเลทรายหลายแห่งจะเกิดขึ้นจาก'เงาฝน' เมื่อแนวภูเขาปิดกั้นเส้นทางของความชื้นและหยาดน้ำฟ้าที่จะให้กับทะเลทราย

ดูเพิ่มเติม: Microthermal, mesothermal และ Megathermal

ได้รับการคิดค้นโดยนักภูมิอากาศและนักภูมิศาสตร์ขาวอเมริกัน C.W.​​ Thornthwaite วิธีการจัดหมวดหมู่ของสภาพภูมิอากาศนี้จะตรวจสอบปริมาณของน้ำในดินที่ใช้ในการคายระเหย มันจะเฝ้าตรวจสอบส่วนของหยาดน้ำฟ้าทั้งหมดที่ใช้ในการบำรุงพืชในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่ง มันจะใช้หลายดัชนีเช่นดัชนีความชื้นและดัชนีความแห้งแล้งในการกำหนดลักษณะความชื้นของพื้นที่ที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเฉลี่ยของมันรวมทั้งปริมาณน้ำฝนโดยเฉลี่ยและชนิดพืชโดยเฉลี่ย ค่าของดัชนีในพื้นที่ใดก็ตามยิ่งต่ำ พื้นที่นั้นยิ่งแห้ง

การจัดหมวดหมู่ความชุ่มชื้นจะรวมถึงระดับชั้นของสภาพภูมิอากาศที่มีตัวอธิบายเช่น ชิ้นมาก () ชื้น () กึ่งชื้น () ่ค่อนข้างแห้งแล้ง () กึ่งแห้งแล้ง () (ค่าของ -20 ถึง -40) และแห้งแล้ง () (ค่าต่ำกว่า -40) ภูมิภาคที่ชื้นจะประสบกับหยาดน้ำฟ้ามากกว่าการระเหยในแต่ละปี ในขณะที่ภูมิภาคแห้งแล้งจะประสบกับการระเหยมากกว่าหยาดน้ำฟ้าเป็นประจำทุกปี รวมแล้วร้อยละ 33 ของพื้นดินทั่วโลกได้รับการพิจารณาว่าแห้งแล้งหรือกึ่งแห้งแล้ง ซึ่งรวมถึงตะวันตกเฉียงใต้ของอเมริกาเหนือ ตะวันตกเฉียงใต้ของอเมริกาใต้ ส่วนใหญ่ของภาคเหนือและส่วนเล็กๆของภาคใต้ของแอฟริกา ตะวันตกเฉียงใต้และหลายส่วนของเอเชียตะวันออก เช่นเดียวกับส่วนมากของออสเตรเลีย หลายการศึกษาได้แนะนำว่าประสิทธิภาพหยาดน้ำฟ้า () ภายในดัชนีความชื้นแบบ Thornthwaite มีการประเมินมากเกินไปในช่วงฤดูร้อนและประเมินต่ำเกินไปในช่วงฤดู​​หนาว ดัชนีนี้สามารถนำมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อกำหนดจำนวนของสัตว์กินพืชและจำนวนสายพันธ์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมภายในพื้นที่ที่กำหนด ดัชนีนี้ยังถูกนำมาใช้ในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศอีกด้วย

การจำแนกประเภทอุณหภูมิภายในกรรมวิธีของ Thornthwaite จะรวมถึง microthermal, mesothermal และ megathermal สภาพภูมิอากาศ microthermal เป็นหนึ่งในที่มีอุณหภูมิเฉลี่ยประจำปีที่ต่ำโดยทั่วไประหว่าง 0 °C (32 °F) และ 14 °C (57 °F) ซึ่งจะประสบกับช่วงฤดู​​ร้อนที่สั้นและมีการระเหยที่อาจเกิดขึ้นระหว่าง 14 เซนติเมตร (5.5 นิ้ว) และ 43 เซนติเมตร (17 นิ้ว) สภาพภูมิอากาศแบบ mesothermal จะขาดความร้อนถาวรหรือความเย็นถาวรด้วยการระเหยอาจเกิดขึ้นระหว่าง 57 เซนติเมตร (22 นิ้ว) และ 114 เซนติเมตร (45 นิ้ว) สภาพภูมิอากาศ megathermal เป็นหนึ่งในที่มีอุณหภูมิสูงถาวรและปริมาณน้ำฝนที่อุดมสมบูรณ์ ด้วยการระเหยของน้ำประจำปีที่อาจมีเกินกว่า 114 เซนติเมตร (45 นิ้ว) ตัวอย่างเช่นสภาพภูมิอากาศในประเทศเนปาลจะร้อนมากในขณะที่สภาพภูมิอากาศในประเทศสหรัฐอเมริกาจะหนาวมาก

ดูเพิ่มเติม: บันทึกอุณหภูมิและการวัดอุณหภูมิด้วยดาวเทียม

รายละเอียดของการบันทึกสภาพภูมิอากาศที่ทันสมัย​​เป็นที่รู้จักกันผ่านการวัดจากเครื่องมือวัดสภาพอากาศเช่นเทอร์โมมิเตอร์, บารอมิเตอร์และเครื่องวัดอัตราความเร็วของลม () ในช่วงไม่กี่ศตวรรษที่ผ่านมา เครื่องมือที่ใช้ในการศึกษาสภาพอากาศในช่วงระยะเวลาที่ทันสมัย ความผิดพลาดของพวกมันที่รู้กันอยู่ สภาพแวดล้อมที่พวกมันถูกใช้ และการเปิดรับกับสิ่งที่มากระทบของพวกมันมีการเปลี่ยนแปลงในช่วงหลายปีที่ผ่านมาซึ่งจะต้องถูกนำมาพิจารณาเมื่อมีการศึกษาสภาพภูมิอากาศของศตวรรษที่ผ่านมา

บทความหลัก: paleoclimatology

ภูมิอากาศบรรพกาลวิทยาคือการศึกษาสภาพภูมิอากาศในอดีตที่ผ่านมาในช่วงเวลาที่ยิ่งใหญ่ของประวัติศาสตร์ของโลก โดยจะใช้หลักฐานจากแผ่นน้ำแข็ง วงรอบต้นไม้ ตะกอน ปะการัง และหินเพื่อตรวจสอบสถานะของสภาพภูมิอากาศที่ผ่านมา มันแสดงให้เห็นช่วงเวลาของความมีเสถียรภาพและระยะเวลาของการเปลี่ยนแปลงและสามารถบ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงจะเป็นไปตามรูปแบบดังเช่นวงรอบปกติหรือไม่

ดูเพิ่มเติม: การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ, ภาวะโลกร้อน, บันทึกอุณหภูมิและลักษณะของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่ผ่านมา

การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศคือการเปลี่ยนแปลงในภูมิอากาศทั่วโลกหรือระดับภูมิภาคเมื่อเวลาผ่านไป มันสะท้อนให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงในความแปรปรวนหรือสถานะเฉลี่ยของบรรยากาศเมื่อเทียบกับแกนเวลาในช่วงเวลาตั้งแต่หลายทศวรรษจนถึงหลายล้านปี การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจเกิดจากกระบวนการภายในสู่โลก จากแรงภายนอก (เช่นการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของแสงแดด) หรือเมื่อเร็วๆนี้จากกิจกรรมของมนุษย์

ในการใช้งานที่ผ่านมาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของนโยบายด้านสิ่งแวดล้อม คำว่า "การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ" มักจะหมายถึงเฉพาะการเปลี่ยนแปลงในสภาพภูมิอากาศสมัยใหม่เท่านั้น ​​รวมทั้งการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเฉลี่ยพื้นผิวที่เรียกว่าภาวะโลกร้อน ในบางกรณีคำนี้ยังใช้กับข้อสันนิษฐานของสาเหตุจากมนุษย์อีกด้วย เช่นในกรอบอนุสัญญาสหประชาชาติเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ () ที่ใช้ "ความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศ" สำหรับรูปแบบการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ได้เกิดจากมนุษย์

โลกต้องประสบกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเป็นระยะๆในอดีตที่ผ่านมารวมทั้งสี่ยุคน้ำแข็งที่สำคัญ ยุคเหล่านี้ประกอบด้วยช่วงน้ำแข็ง () เมื่อสภาวะอากาศจะหนาวเย็นกว่าปกติ แยกจากกันโดยช่วง interglacial period การสะสมของหิมะและน้ำแข็งในช่วงยุคน้ำแข็งจะเพิ่มอัตราส่วนการสะท้อนของพื้นผิว () ซึ่งจะสะท้อนพลังงานของดวงอาทิตย์มากขึ้นออกสู่อวกาศและรักษาอุณหภูมิชั้นบรรยากาศให้ต่ำลง การเพิ่มขึ้นของก๊าซเรือนกระจกเช่นโดยการระเบิดของภูเขาไฟสามารถเพิ่มอุณหภูมิของโลกและทำให้เกิดยุค interglacial สาเหตุการเกิดของช่วงยุคน้ำแข็งจะรวมถึงตำแหน่งของทวีปรวมทั้งการเปลี่ยนแปลงในวงโคจรของโลกและการเปลี่ยนแปลงในการส่งออกของพลังงานแสงอาทิตย์และภูเขาไฟ

ดูเพิ่มเติม: แบบจำลองสภาพภูมิอากาศและภูมิอากาศวิทยา

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

แอพฯแบบจำลองเหล่านี้ที่พูดคุยกันเป็นส่วนใหญ่ในปีที่ผ่านมาได้อยู่ในการใช้งานของพวกเขาเพื่อสรุปผลที่ตามมาของการเพิ่มก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศ ส่วนใหญ่เป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (ดูก๊าซเรือนกระจก) แบบจำลองเหล่านี้คาดการณ์แนวโน้มที่สูงขึ้นในอุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยของโลกที่มีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมากที่สุดในอุณหภูมิที่ถูกจับตาสำหรับละติจูดที่สูงกว่าของซีกโลกเหนือ

แบบจำลองมีช่วงตั้งแต่ค่อนข้างง่ายจนถึงค่อนข้างซับซ้อน:

การพยากรณ์สภาพภูมิอากาศเป็นวิธีหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์บางคนจะใช้ในการคาดการณ์การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ ในปี 1997 แผนกการคาดการณ์ของสถ​​าบันวิจัยนานาชาติสำหรับสภาพภูมิอากาศและสังคมที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียเริ่มสร้างการคาดการณ์สภาพอากาศตามฤดูกาลในแบบเรียลไทม์ ในการสร้างการคาดการณ์เหล่านี้ชุดที่กว้างขวางของเครื่องมือการพยากรณ์ได้รับการพัฒนารวมทั้งวิธีการแบบจำลองหลายชั้นรวมกันที่จำเป็นต้องใช้ตรวจสอบอย่างละเอียดของระดับความถูกต้องของแบบจำลองในแต่ละแบบในการจำลองการแปรปรวนของสภาพอากาศระหว่างช่วงปี