谈到当前气候变化的科学知识，人们首先要问：什么是“气候”？它与“天气”有什么不同？为什么有时人们说，某某地方的气候真好？有时却又说，今天的天气真好？这两种说法一样吗？其实，“气候”与“天气”是两个不同的概念，但它们彼此之间又有密切的联系。所谓“气候”是指在某地某一段时期内的大气状况而言的；而“天气”则是指某地某一天或者某一时刻的大气状况而言的。显然，从时间长短的意义上可以看到：天气是时间尺度很短的瞬时大气状况，例如，某一天的温度、气压、湿度、风的状况及其天气现象（如晴、阴、雨、风、云等状况），这就是通常各地气象台的天气预报节目中人们最为关心的当地当天或明后天的天气（状况）；然而，气候却是指时间尺度相对很长的大气状况，其时间长度，可以是几十天、一个月、几个月或几年甚至几十年、上百年、千年或万年以上的各种时间尺度。所以，长期以来，人们都把气候看做天气状况的平均。例如，通常一直沿用至今的气候统计量：月平均温度、月总降水量及月平均气压就构成了气候的三大要素。直到20世纪初还有人认为，假如有了足够长的气象观测记录(例如30年的)，就可以得到一个稳定的气候平均值，各地就可用这种稳定的气候平均值来衡量当地的气候条件。但是后来人们发现，某种气候要素的30年平均值也并非一成不变，而是不断有所变化的。然而，近40年来大气科学和地球科学的发展早已使人们认识到，那种认为气候是天气的平均值而一成不变的经典气候概念仅仅是一种“静态气候”观，地球的自然气候是自从地球大气层形成以来就一直存在变化的“气候”，所以，人们必须要从“动态气候”（即变化着的气候）观点来认识地球的气候现象。由此可见，要解释气候的形成，探讨气候变化的原因，并尝试进行气候预测，仅仅限于研究某地地面的气候要素状况是非常不够的，甚至也不能仅仅考虑大气本身，而是要研究包括大气在内的整个气候系统（即包含大气、海洋和水体、陆面、冰雪层、生物圈）。回顾近几十年来人类对于地球气候的一系列新认识，基本上都是与气候系统概念有关的，所以，从经典的静态气候概念发展到现代的动态气候概念，“气候系统”概念的提出是一个里程碑。

为什么要提出气候系统的概念？所谓“气候系统”则是上世纪70年代提出的新概念。大致有下列几方面原因促进了从经典气候概念向“气候系统”概念的转变。

第一，         如前所述，天气与气候是时效长短不同的两种概念，其主要原因是：天气的时间尺度短，大气运动的能量来源主要是依靠大气本身的动力过程。而气候的形成过程则比天气复杂得多，因为气候具有足够长的时间尺度，仅仅依靠大气内部的动力过程是不能维持其能量的。研究表明，仅仅依靠大气内部的动力过程而无外部的其它能量补充，地球大气运动的能量大约最多只能维持一个月时间就要消耗殆尽。由于大气不断地从地球表面的各个部分（包括陆地表面、海洋表面、河湖水体表面、冰雪表面，以致生物圈等等）获得能量才使得气候处于不断的变化之中。所以，我们必须看到气候系统的全部特征，才能认识气候的形成。

第二，         20世纪50年代末到70年代，短期数值天气预报取得了巨大的发展，人们开始研究逐日短期天气预报如何向中期天气预报（2-3天至4天）延伸，并向5天、10天乃至月的长期天气预报发展。但研究表明，为了提高预报水平，必须要考虑地面边界条件（如海洋、陆面及地形、冰雪等）。仅仅利用原来建立的大气数值预报模式不能适应中长期预报的需要，这就要求建立一种新的海洋-大气或陆面-大气耦合模式来作中长期天气预报。

第三，         在20世纪60-70年代，世界上曾陆续出现了许多气候异常现象，例如西非的持续几十年的干旱；1982-1983年的El Nino事件，等等，这些气候异常事件对当时的世界经济发展所产生的巨大影响，促使科学界认识到，世界性气候异常仅从大气运动本身来解释是行不通的，进一步研究表明，必须考虑地球表面的各种因素，包括海洋、陆面、冰雪圈等系统，才能更准确地认识气候异常形成的原因。这就又一次促进人们必须建立气候系统的概念。

第四，         特别是近几十年来，人们逐渐发现最近一百多年来全球平均温度呈上升趋势，竟然与自19世纪以来的全球大气中二氧化碳浓度的增加趋势十分一致。后来人们逐渐发现，自从欧洲工业革命以来，由于人类燃烧各种化石燃料（如煤、石油、天然气等物质）而向地球大气中排放的碳化物不断增加，与此同时，人类不断地砍伐森林恰恰更加剧了大气中的碳化物含量，此外，甲烷、一氧化二氮、氯氟烷烃等微量气体在大气中的含量也在与日俱增，而这些包括二氧化碳在内的微量气体都有吸收大气热量的物理化学性质。由此就引出了关于全球性增暖问题究竟是什么原因所造成的？是自然因素导致的，还是人类因素造成的气候变化？这些问题，自上世纪80-90年代以来已经成为大气科学和地球科学界的热门话题。显然，全球气候变化所带来的一系列连锁反应并不仅仅涉及大气本身的问题，必须从气候系统的各个成员（如海洋、陆面、冰雪圈和生物圈）相互作用的观点才能解释清楚。1979年由世界气象组织（WMO）发起召开的第一次世界气候大会，及其前期所拟定的世界气候计划（WCP）更加促进了从经典气候概念向气候系统概念的转变。

  然而，毕竟气候与天气有着密切的互相联系。天气在其长期演变中受到气候的控制。例如，稍有地理或气候知识的人们都知道，华北地区少雨干旱，江南地区多雨湿润，因而我们不可能将华北地区逐日天气变化的基本格局改变为江南地区的逐日天气变化格局。这只要将任何两地一年（或季）的逐日气象资料对比一下，你就会一目了然。但是，又有人要问，为什么气象台只能预报24小时或48小时的天气，但不能预报几周以后的天气？而对于气候，科学家却能从现在预估到未来50年的情景？这是什么缘故？这是因为天气系统具有“混沌”特性，几天以后的天气就有不可预报性。而所谓预估气候的变化实际上是指对于未来的一段很长时间的平均天气状况所作的预测，这里有一个“粗”（气候）和“细”（天气）的区别。我们可以打一个不太恰当的比喻：通常人们可以预测未来人类的平均寿命是多少岁，但是他们无论如何也不能预测某一个人的寿命是多少岁。为了说明天气预报与气候预估是两种不同性质的科学预测，我们进一步从理论上来证明：长久以来气象学家发现，逐日天气系统的演变随着时间的推移是相当不确定的，它们存在着可预报性的问题，也就是在一定的时间区间以外，天气具有不可预测性。直到上世纪60年代，美国气象学家劳伦兹揭示了这种现象的物理原因后才从理论上找到了根据。即“两个具有十分微小差异的初始条件（基本相同的天气系统）随着时间的推移，可以产生出大相径庭的预报结果（非常不同的天气现象），这就是有名的“蝴蝶效应”。后来科学家进一步研究证实了大自然存在着“混沌理论”。