气候变化科学解释了为什么地球正在变暖，以及科学家如何知道是什么在推动这种变化。简短的答案是：温室效应本身是自然存在的，但更高浓度的温室气体，如 和甲烷，会让一部分热量更难逃逸到太空。多方面的证据表明，近代长期变暖趋势主要是由人类活动导致的温室气体增加所解释的。
这并不意味着每个地方升温速度都一样，也不意味着每一年都比前一年更热。它的意思是，全球长期变化的整体格局已经发生了偏移，尽管短期天气仍然会波动。
什么是温室效应
太阳光到达地球时，主要以短波辐射的形式输入能量。随后，地球主要以红外辐射的形式把能量向太空释放。温室气体会吸收并再次发射其中一部分向外发出的红外能量，从而减缓热量向太空散失。
如果没有温室效应，地球会冷得多。所以关键区别并不是“有温室效应”还是“没有温室效应”。真正的问题是，当大气成分发生变化时，这种效应的强度会如何改变。
为什么更多温室气体会使气候变暖
如果能够滞留热量的气体浓度上升，地球通常会比以前保留更多能量，直到气候系统重新调整到新的状态。这些额外能量并不只停留在空气中。很大一部分会储存在海洋里，其余则会影响气温、冰层、降雨格局和生态系统。
这里的条件很重要。一次火山喷发、一次厄尔尼诺事件，或一种暂时的天气形势，都可能让气温在一段时间内发生变化，但气候变化科学关注的是跨越几十年、并且出现在地球系统多个部分中的持续性变化。
近期气候变化的成因是什么
对于近代全球变暖，主要驱动因素是人类活动导致的温室气体增加。其中最大贡献来自燃烧煤、石油和天然气释放的二氧化碳，此外土地利用变化、甲烷和其他温室气体也有额外贡献。
自然因素仍然重要。太阳活动变化和火山喷发都可能影响气候，系统内部的自然变率也会在系统内部重新分配热量。但与温室气体增加相比，这些因素并不能同样好地解释现代变暖的整体模式。
气候变化的证据
支持这一结论的依据并不只来自某一份温度计记录。它来自多条指向同一结论的证据链。
- 自工业化时代以来，温室气体浓度显著上升
- 全球平均地表温度显示出清晰的长期上升趋势
- 海洋随着时间推移积累了更多热量
- 许多地区的冰川和冰盖质量减少
- 全球平均海平面已经上升
- 许多生物和季节性变化模式已经发生改变，包括春季事件提前，以及某些物种分布范围发生移动
当彼此独立的测量结果都符合同一种解释时，我们对这一解释的信心就会提高。
示例分析：温室气体增加 vs 太阳能输入增加
设想对近期变暖有两种可能的解释。
第一种是太阳只是向地球输送了更多能量。第二种是温室气体让热量更难逃逸出去。这两种解释预测的变化模式并不完全相同。
如果温室气体是主要驱动因素，你会预期看到几个相互关联的信号：低层大气变暖，海洋储存更多热量，夜间和白天一样都有变暖趋势，而且高层大气变冷的同时低层大气变暖。这个模式很重要，因为与单纯太阳输出增加相比，它更符合温室气体增强热量滞留的情形。
这就是为什么气候变化科学依赖于对整个系统中的模式进行匹配，而不是只看某一个单独的数字。
为什么气候变化在生物学中很重要
气候变化在生物学中很重要，因为生物生活在温度、水分和季节条件的限制之内。如果这些背景条件发生变化，繁殖、迁徙、食物供应、疾病传播和栖息地范围也可能随之改变。
生物学效应并不是在所有地方都完全一样。某个物种在水分、食物和迁徙通道仍然适宜时，可能能够承受变暖。而在不同条件下，同样程度的变暖也可能带来压力，甚至致命。
关于气候变化的常见误区
把天气和气候混为一谈
天气是短期的。气候是更长期的模式。一次寒冷的一周，或一个多雪的冬天，并不能否定持续数十年的变暖趋势。
把温室效应看成人工现象
温室效应是自然存在的，也是生命得以存在所必需的。现代问题在于，温室气体浓度上升带来了额外变暖。
认为所有信号都会沿直线变化
长期变暖并不意味着每个地区、每个季节或每一年都会平滑变化。自然变率仍然会在更大的长期趋势中制造起伏和停顿。
认为生物只对温度作出反应
温度很重要，但降雨、海洋化学、干旱、火灾、季节时间以及物种之间的相互作用也同样重要。生物影响取决于整套环境条件。
气候变化科学应用于哪些领域
气候变化科学被应用于生态学、自然保护、农业、公共卫生、海洋科学和地球系统科学。在生物学中，它有助于解释栖息地、物候、食物网和灭绝风险的变化。
它也与碳循环自然相连，因为碳储存位置的变化会影响大气中的 ，而大气中的 又会影响气候。
试着继续学习相关主题
你可以用自己熟悉的一个生态系统来做类似分析，比如森林、湿地、珊瑚礁或草原。思考那里哪一种气候变量最重要，哪些生物对它最敏感，以及什么样的证据才能表明那是真正的长期变化，而不是短期波动。如果你想直接继续学习，可以接着阅读碳循环。