众所周知，太阳乃是地球万物之能源。太阳辐射是地球及其大气圈的主要能量来源。地球常年累月地不断从太阳获取能量，维持着地球及其大气层与外部太空之间的能量平衡。太阳光首先入射到大气层顶部，然后向下传播，由于太阳辐射大部分是可见光（短波辐射）和红外辐射，少部分为紫外辐射，在大气层内部传播的过程中，有一部分被大气所吸收或反射，余下的部分则到达地面，并被地表所吸收或反射（其中又有一部分再次被大气所吸收或反射），而被地表（指陆地和水体）所吸收的这部分短波辐射即转化为热量，从而使地表加热。地表受热后就把其中的一部分热量以红外辐射的形式射入到大气中，地球的大气圈层如同地球包裹着一层棉被或毛毯一样，因其含有如二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氯氟烷烃等微量气体，这些气体尽管在整个大气中所占比例很小，但它们都具有强烈吸收红外辐射的能力，从而增暖了大气，这就使大气圈所包围的地球永远保持着一定的温度。此外，大气中所含的水汽也是易于吸收热量的，所以，地球大气层就象日常生活中人们种花的玻璃温室或种菜的塑料大棚一样，使得在地面上生活着的各种生物(包括人类)永远感受到一种温暖的地球环境。据科学计算表明，通常地球表面温度平均约保持在14 -15 左右，这种通过某些气体来保持大气热量的物理过程就是通常人们所说的“温室效应（Greenhouse Effect）”。不过，这是地球大气原来所固有的自然“温室效应”。假如地球上不存在这样的温室效应，那么地球表面的平均气温将只有-18 或-19 左右，显然，这一正一负的差值净增了地球温度达33度左右，正是由于存在着这种保持地球温暖的“温室效应”，地球上才有足以维持人类生存和一切生命所必须的适宜温度及其优越的自然气候环境。根据近年来对月球所作的科学探测，月球表面就没有如地球那样的大气层，因而其昼夜温差竟然高达100 。这是我们地球人难以想象的。可见，地球所拥有的自然温室效应并非是一件坏事。

然而，近一两百年来，由于人类活动而使得大气中的微量气体如二氧化碳、甲烷等不断增加，导致了原有的温室效应增强，可能已经成为当今全球平均温度升高的主要原因。值得一提的是，上述这些在大气中仅占微小份额的微量气体如二氧化碳（ ）、甲烷（ ）、一氧化二氮（ ）、氯氟烷烃（ ）等，由于其对于地球气候的温室效应（简记为 ）具有举足轻重的作用，通常又被人们称为温室气体（简记为 ）。实际上最重要的温室气体是水汽和 。由于后者仅是地球气候系统中代表反馈和循环物理过程的中间产物，通常与人类排放的温室气体不同，所以，并不特别显示它的作用。而在大气这样一种混合气体中占有最大份额的氮和氧气并无温室气体的效应，但是云在特定的情况下却存在着类似于温室效应的作用。不过，研究表明，云既有增温又云既

有增温又有降温作用，比较而言，其降温作用是主要的。 为了说明决定地球气候状况的形成因子，我们不仿先来看一幅示意图：在图1中，绘出了常年平均的全球辐射能量平衡的估计图，实际上这是一幅说明太阳辐射与地球及大气之间能量平衡的示意图。该图引自1997年Kiehl和Trenbert的著  作。它表示在一段较

   长时间内，地球及其大气所接收的太阳辐射能量是与地球及其大气释放到太空的辐射能量相平衡的。由图可见，射入大气层顶部的太阳辐射能总共有342 即全球平均每年每单位面积上所接收的短波辐射总量；而最终返回太空的长短波辐射总量恰好也是342 ，其中包括被地-气系统直接反射回太空的107 和由大气顶部放射出的地球长波辐射235 （两者之和刚好342 ）。在太阳辐射到达地球大气顶部后，其辐射能量是如何向地表传输的？可以看到，大约有一半多的辐射量被地表所吸收（168 ），其中的一小部分又被地表反射而与被大气反射的辐射一道返回太空（即地-气系统直接反射回太空的107 ）；而其大部分则被地面吸收后用于加热地表，最终以长波的红外辐射形式向大气层放射（如图中标注的390 ），与此同时,由于大气中存在温室气体，它们所吸收的红外辐射有一部分又返回地面（如图中标注的324 ），加之地面还有一部分能量以湍流热交换（感热24 ）和蒸发耗热（潜热78 ）的形式向大气输送。所以对于地表面而言，其进出的辐射能量也是平衡的（如图中进入地表面共计168+324=492 ；输出地表面共计78+24+390=492 ）。以上所述，仅从地球自然气候系统的能量来源说明了地球气候形成的最基本动力。

  既然太阳辐射是地球及其大气圈的主要能量来源，不难想象，如果涉及太阳辐射的某个因素发生了变化就可能影响到地球气候的变化。通常可能有下列三种类型的变化直接或间接改变地球气候状况：

1）    入射的太阳辐射强度本身有某种改变（例如，地球轨道或太阳本身的变化）；

2）    地球表层对入射的太阳辐射份额的分配有了某些改变（例如，太阳辐射被反射回太空的份额有某种改变，即地球反射率的变化，如云的覆盖率、大气中的微粒或地面的植被覆盖的变化，都可引起地球反射率的变化，从而使太阳辐射被反射回太空的份额发生某种变化；

3）    由地面返回太空的长波辐射在大气中发生的变化（例如，大气中温室气体 的浓度有了某种改变）。

 上述三种类型的变化，归根到底都是由于地球及其大气圈与太阳辐射之间所存在的能量平衡发生了某种改变，因而导致地球气候状况的变化即产生了“全球气候变化”。在图1中，实际上从整个地球行星来计算，到达大气层顶的太阳辐射每日总量大约每秒为1370 （折合球表面约为1/4，即有342 ），其中反射回太空的约为30%，粗略计算大约有2/3是由大气中的云和微粒（又称气溶胶粒子），1/3是由地球表面的冰雪和沙漠反射出去的。而大部分气溶胶粒子是由于火山爆发所形成的火山灰粒子，它们被喷射到高空大气中，在一两周内除了降水会清除一部分灰尘外，大部分将会在空层大气中飘浮一两年，然后才逐渐落入对流层，因而火山灰气溶胶的反射作用对于气候的影响犹如遮挡太阳光的阳伞一般可使地球平均温度下降，俗称“阳伞效应”。此外，某些人为的气溶胶也有同样的降温效应。

 然而，就全球而言，近百年来，特别是近几十年来，人类活动增加了 的排放量而强化了温室效应。例如，自工业化以来，大气中 浓度增加了35%，据不完全统计，这主要是人类燃烧化石燃料和砍伐森林的原因造成的，可见，人类活动已经显著地改变了全球大气的化学成分，其复杂的物理化学过程已影响到全球气候。由于地球是正在旋转的椭球体，而使得输送到地表的太阳能量较多地落入热带和赤道地区，由于海洋面的水汽大量蒸发，而将地表的潜热量释放到大气中，成云致雨，与此同时，又驱动了大气环流，由此又通过海表风和温度的作用带动了海洋环流，加之降水和蒸发物理过程的作用又不断地调节了海水的含盐度。当然，地球自转使得大气环流型趋于东西向的带状分布，从而明显地形成了中纬度地区的西风带及其大尺度天气系统。这些天气系统往往是一些高压（对应冷气团）、低压（对应暖气团）天气系统，从而在冷暖空气之间形成各种性质的锋面，时有降水过程发生。大气环流进一步与海洋环流协同作用，将多余的地表热量向两极输送。由于陆面与海面物理特性不同形成不同的温度对比，加之大地形如山脉和冰川等的作用，往往形成了一些固定地理位置大气波动（超长波），尽管其振幅随时间变化不大，但对于对流层天气的形成至关重要。