D — приток тепла, возвращаемого в атмосферу за счет диссипации кинетической энергии атмосферных движений, т. е. за счет перехода механической энергии движения атмосферы в тепловую.

Приток тепла за счет диссипации незначителен, в среднем он составляет 2—3 Вт/м² по сравнению с солнечной постоянной, равной 1356 Вт/м². Этот источник тепла в целом не имеет существенного климатообразующего значения для земного шара. Однако именно равная этому количеству энергия необходима атмосфере для поддержания кинетической энергии движений, т. е. величина генерируемой в атмосфере кинетической энергии примерно равна ее диссипации. Но через циркуляционный механизм происходит перераспределение энергии по земному шару (E_циркул). Зачастую этот фактор недооценивается ввиду малости этой величины, что само собой исключает из рассмотрения динамику атмосферы, а значит, и циркуляционные факторы климата, региональные его особенности и крупные климатические аномалии.

E_ист — энергия, вносимая каким-то внешним источником (в настоящее время — это в основном антропогенный).

Легко видеть, что если имеются естественные или антропогенные факторы, способные изменить тот или иной из описанных выше параметров, характеризующих только один компонент климатической системы атмосферы, то на основе оценки изменений этих параметров можно будет оценить возможные изменения интересующего нас климатического режима атмосферы.

Но для полного учета этого фактора нужно принять в расчет динамику всех пяти компонентов климатической системы (атмосферы, океана, криосферы, поверхности суши, биосферы), находящихся в сложном взаимодействии. Другими словами, подобный анализ следовало бы провести для каждого из пяти компонентов климатической системы в отдельности, а затем в их взаимодействии. Именно в этом заключается основная трудность проблемы, ее многообразие, комплексность и глобальный характер.

Атмосфера — самый подвижный компонент климатической системы. Характерное время установления атмосферной циркуляции под влиянием внешних параметров составляет около месяца.

Океан менее подвижен. Он — мощный аккумулятор солнечной энергии, которая затем поступает в атмосферу в виде явного и скрытого тепла. Характерное время установления циркуляции в верхнем (деятельном) слое океана колеблется от нескольких месяцев до нескольких лет, на глубине — столетия. Океан является источником и стоком в газовом и аэрозольном обмене с атмосферой.

Криосфера — еще менее подвижный компонент климатической системы. Она включает воду в замерзшем состоянии (континентальные ледниковые щиты, горные ледники, морские льды, снег). Снежный покров и морской лед испытывают значительные внутригодовые колебания, в то время как горные ледники и в особенности континентальные ледниковые щиты изменяются слабо — в масштабе столетий, десятков и сотен тысяч лет. Криосфера исключительно сильно влияет на альбедо и частично орографию поверхности, а также на перераспределение воды на земном шаре.

Следующий компонент включает в себя непосредственно поверхность суши с ее почвами, горами, реками, озерами, грунтовыми водами. Озера, реки, болота, грунтовые воды — важные факторы влагооборота. Поверхность суши воздействует на радиационный и тепловой режим атмосферы, на газовый, аэрозольный обмен и др.

Последний компонент климатической системы — биомасса — включает в себя растительный и животный мир континентов и океанов. Биомасса существенно сказывается на влагообороте, газовом обмене, тепловом режиме. Воздействуя на биомассу или через ее посредство на другие компоненты системы, человек подвергает испытаниям состояние климатической системы в целом.

Естественные механизмы, влияющие на климат, можно разбить на следующие группы:

астрономические факторы, связанные с изменением параметров земной орбиты, наклоном земной оси и процессами на Солнце или в Солнечной системе;

геофизические факторы, обусловленные свойствами Земли как планеты;

циркуляционные факторы, связанные в основном с процессами внутри самой атмосферы.

Ниже будет рассмотрена каждая из перечисленных групп, дана качественная, а там, где возможно, и количественная интерпретация их влияния на климат.

Хорошо известно, что астрономическими факторами объясняется суточный ход погоды и внутригодовые изменения погоды и климата. Но существуют и долгопериодные климатические изменения, зависящие от астрономических факторов.

Астрономические факторы формирования климата определяются в основном параметрами земной орбиты, в зависимости от которых меняется расстояние от Земли до Солнца, углом наклона падающих солнечных лучей и процессами на самом Солнце. Эта группа факторов меняет величину S₀, т. е. приходящую к Земле радиацию (инсоляцию), являющуюся функцией широты, времени года, времени суток, положения Земли, или же приводит в действие некоторые внутриатмосферные механизмы, влияющие на климат.

Мы уже отмечали, что палеоклиматологические данные подтвердили в колебаниях климата прошлого наличие периодичностей порядка 100 тыс., 41 тыс., 21 тыс. лет, связанных с соответствующими периодами колебаний параметров земной орбиты и наклонением оси Земли. К таким факторам относятся периодические изменения эксцентриситета земной орбиты (е), угла наклона плоскости земного экватора к плоскости орбиты (ε) или угла наклона земной оси и прецессии орбиты, определяемой величиной е·sin π, где π — долгота перигелия, т. е. самой близкой к Солнцу точки орбиты, отсчитываемая от точки весеннего равноденствия.

Идея влияния параметров земной орбиты и наклона оси на S₀ и приходящую инсоляцию была высказана еще в 1842 г. французским математиком Адамаром и затем развита в 1930—1938 гг. в работах югославского геофизика Миланковича.

Как известно, величина S₀ обратно пропорциональна квадрату расстояния от Земли до Солнца. Вследствие эллиптичности земной орбиты это расстояние меняется, в связи с чем меняется и количество приходящей радиации к различным широтным зонам. После Миланковича расчеты эксцентриситета были повторены рядом американских и советских авторов за 30 млн. лет в прошлом и 1 млн. лет в будущем. Он колеблется в пределах 0,0007—0,0658 (в настоящее время равен 0,017) с периодами 90 тыс. — 100 тыс., 425 тыс. и 1200 тыс. лет.

Угол наклона ε составляет 22,068°—24,568° с периодами 41 тыс. и 200 тыс. лет (по Миланковичу этот период 40 400 лет, по некоторым американским данным угол ε колеблется за последние 500 тыс. лет от 21,8° до 24,4°), в настоящее время он равен 23,5°. Прецессия орбиты (параметр е·sin π) колеблется в пределах от 0,03 до 0,07 относительно его значения в 1950 г. со средним периодом около 21 тыс. лет. Все эти периоды неплохо согласуются с имеющимися представлениями о колебании климата в плейстоцене. Источником изменения параметров земной орбиты является меняющееся гравитационное поле в системе планет Солнечной системы.

Расчеты движения Земли с учетом возмущений, создаваемых действием сил притяжения других планет, производились еще в XVIII столетии Ж. Л. Лагранжем, а затем уточнялись другими учеными. Они подтвердили наличие подобных колебаний. Расчеты показали, что в среднем отмеченные колебания параметров земной орбиты существенно не меняют приходящей к Земле суммарной радиации, но она перераспределяется между полушариями, широтными зонами, различными сезонами.

Если предположить, что эллиптичность орбиты, характеризуемая эксцентриситетом, — единственный климатообразующий фактор, то полушарие, находящееся в перигелии зимой (как сейчас северное полушарие), должно иметь более длинные и прохладные летние сезоны. В противоположном полушарии — в апогее зимой — более короткие теплые летние сезоны и более продолжительные холодные зимы. Сезонные контрасты должны быть увеличены в период максимальной эллиптичности орбиты, как примерно 20 тыс. лет назад, когда наблюдался один из наибольших максимумов этого параметра. Период таких изменений составляет порядка 90—100 тыс. лет. В настоящее время мы медленно приближаемся к периоду наименьшей эллиптичности, когда сезонные контрасты должны уменьшиться.