(a) 大氣氣體成分的變化

溫室氣體的存在使地球成為適於生物生存的環境。但是自從工業革命以來，人造溫室氣體 ( 如 CO₂、CH₄、CFCS、 HCFCS、 N₂O 等 ) 的快速增加，大大的提昇了大氣進一步暖化的可能性。上述氣體一旦進入大氣，可停留十年 (CH₄)，幾十年甚至一、 二百年(CO₂ )，其影響是當久遠的。溫室氣體增加的同時，大氣中的懸浮微粒也增加而且具有冷卻作用。 它的特性是停留在大氣的時間不長，約只有 1 ∼ 2個星期，但是影響是區域性的。如第三章所述，我們對溫室氣體與懸浮微粒的淨輻射作用量已經有了初步的了解，但是還不甚清楚它們的淨效應將如何改變地球的氣候及大氣環流。在第十一章，我們將繼續探討，如果溫室氣體含量繼續上升，對未來氣候變遷的可能影響。

(b) 地表狀態的變化

地表狀態變化會影響地表吸收的太陽輻射量、大氣/陸地之間交換的潛熱及可感熱通量。比如，沙漠及冰雪覆蓋區比綠地反射較多的太陽輻射，因此吸收較少的太陽輻射。又如，乾燥地表由於含水量少，吸收的太陽輻射大多直接用來提高地表溫度，也相對的提供較少的潛熱通量給大氣。這些例子顯示，地表狀態變化會改變能量收支狀況及區域的水循環。

地表狀態與氣候的相互關係表現最明顯的是在沙漠邊緣地區，如撒哈拉沙漠南緣的 Sahel。這些地區(除了超乾旱區)的水循環系統非常脆弱，很容易受到氣候變化及人為影響的干擾，使得乾旱更加嚴重，形成沙漠化( desertification )。譬如，某種氣候變化使得半乾旱地區雨量減少，或者因為過度放牧，植被覆蓋面積因此而縮小。在此種情況下，至少兩種狀況可能發生。其一為地表反照率變大，地表吸收之太陽輻射減少，地表溫度因此下降，對流不易形成，降水因而減少，植被覆蓋面積進一步縮小。另一種可能為植被覆蓋面積縮小，逕流增加，土壤含水量減少，地表吸收的太陽輻射多用來直接加熱地表，地表溫度因此上升，可能更不適合植物生長。而且，因為植被減少，葉蒸（植物表面的蒸發作用）減緩，地表提供給大氣的水汽量降低，降水量因此下降。上述二種反應過程不一樣，但都可能導致降水量減少，而且形成一惡性循環(或正回饋作用)， 使得沙漠化加劇。更有甚者，人類的過度放牧(overgrazing)加速了沙漠邊緣地區沙漠化的速度。Sahel 及內蒙古都是很好的例子。

熱帶雨林的砍伐也會造成類似的結果。樹葉的蒸發量(葉蒸)十分大，對一個區域的水循環系統的平衡相當重要。尤其根部深植的樹林，更能將較深層土壤的水份帶至樹葉表面而蒸發。科學家在亞馬遜河流域進行大規模實驗，發現熱帶雨林樹根平均深達4公尺，鄰近牧草地植物的根部深度只有1.5-2公尺。而且，前者的樹葉面積比後者大了許多。如果砍伐熱帶雨林將之變成經濟產值較高的牧場，不只將破壞森林涵養水分的功能，而且將大幅減少蒸發量（約三分之一）。此二作用皆將破壞當地的水循環系統，進一步改變地表溫度及大氣環流。科學家估計如果將南美的熱帶雨林除掉，地表溫度將上昇3 ℃，而且降水減少1 mmday^-1 (相當於每年減少 365mm，為全球平均降水量的 1/3 強；圖7-9)。 降水減少勢必進一步影響當地植被及生態環境。另外，砍伐熱帶雨林，也會減少森林的二氧化碳吸收量，大氣中二氧化碳含量因此 累積的更快，間接加強全球暖化的程度。

(c) 海洋

海洋是大氣中水汽的主要來源，也是水循環的主要驅動者，更是大氣所需能量的主要來源之一。海洋不只是調節氣候，降低高緯度地區的季節變化幅度，更與大氣交互作用，影響短期氣候變化（如，聖嬰-南方震盪），甚至長期氣候變化（如，溫鹽環流的影響）。相關的討論請參考第六章。

(d) 雲

太陽輻射在穿越大氣層的過程中，有20% 被雲反射回外太空。由此可知，雲在地球輻射平衡過程中扮演十分重要角色。在日常生活當中，我們知道在無雲的夜晚溫度經常較低，那是因為輻射冷卻的關係。雲同時具有反射太陽輻射及吸收地球輻射的功能，前者產生冷卻作用，後者為加熱作用。雖然雲與輻射之間的關係十分複雜，大體而言，高雲吸收地球輻射的能力較強，低雲則是反射太陽輻射的能力較強。因此較多的高雲將使地表增溫，較多的低雲則使地表降溫。

依據最近幾年衛星的觀測，全球平均而言，雲造成了約 17Wm^-2 的輻射冷卻效果。換句話說，雲的存在使目前的氣候較無雲的氣候為冷。 此一冷卻作用遠大於工業革命以來溫室氣體增加所造成的2.5 Wm^-2 的暖化效應。 比較二值，我們發現雲量改變 10% 所造成的冷卻效應可能已相當於工業革命至今人造二氧化碳產生的溫室效應。

如果二氧化碳加倍，大氣中的水汽含量可能增加，那麼雲的分布會有何種變化呢﹖如果，低雲量明顯增加，而且冷卻效應大於高雲的暖化效應，則將產生負回饋作用，地球氣候可能不但不變暖，反而變冷。如果，增加的雲主要是高雲，將產生正回饋作用，全球暖化可能因此更加嚴重。

(e) 大氣內部動力

大氣是一非線性流體。大氣科學家Lorenz研究一個只含三個變數的非線性動力系統時發現只要初始條件有些不同，該系統可能進入完全不同的「氣候」狀態。這樣的系統對於小擾動非常的敏感，任何氣候變化過程中的一點小變化，都可能使氣候變化趨勢來個大逆轉，譬如，變暖的過程中突然溫度驟降至另一個較冷的氣候。這就是所謂的蝴蝶效應。氣候瞬變在地球氣候史中發生過許多次，譬如，新仙女木期。地球的氣候系統是否屬於這類的非線性動力系統，則仍是個待解之謎。如果是的話，準確的氣候預測將是人類永遠無法達成的工作。