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庑┪镏式小癈测定来决定每个层面的年代。
研究者测量出岩芯中树、草或草本植物花的种类和其相对丰度，测定它们的年代。然后，按照不同的种类对冷或热的气候的偏好等因素，从这些相对丰度推断过去的气候可能是怎样变化的。
物种发现的地点与温度、降雨这类宏观尺度环境因素之间的联系，属于“生物地理学”这门学科的一部分。生物地理学家可以绘制出大比例尺（数百千米）的分布图，只要知道某个地点的温度和降雨量，就可以确定这个地方可能会有什么类型的植物组合。
例如，如果夏季温度在10”C以下可以推断是冻土带，如果温度很高和降雨很大可能是热带雨林，如果干旱就是沙漠，等等。遗憾的是，像土壤、生物竞争、草本植物（被动物所吃的植物）这类局部性因素的存在，使得这类生物地理学的“预报”只能得出非常一般的结论或粗略的近似。
研究者还要查看海洋或冰川沉积物，其中化石、岩石、贝壳、冰川的化学成分可以用来作为温度和海平面的代表性指标。通过从许多地点采样，古气候学家可以寻找相关的变化模式的迹象。这些模式对于古气候重建的准确定量是必要的。正是以上述这些方式，研究者已经能够推断在美国中西部有过一个广辽的大平原半岛，它与全新世中期的情况相一致，同时在世界上还发生许多其他的变化。例如，今天非洲和印度沙漠中的土壤化石显示，印度和非洲的季节性降雨地带在5000年和9000年前之间，比它们现在以及比它们在冰）11期时要潮湿得多。虽然6000年前在湿热地带相对现在没有很大的变化，但在今天的干热地带却有过重要的变化。5000年到9000年前，中非北部的河流流量和湖泊水面也比今天要高出许多。
冰川期的发生与消失
如果我们查看最近的地质时间，比如说70万年前到现在，一系列气候循环是非常明显的。每10万年左右就有一个持续1万年到2万年的间冰川期，然后通过过渡进入一个持续几万年的寒冷的冰川期。
在间冰川期和最冷的冰川期之间的大多数时间，气候比现在要冷。间冰川期往往较为缓慢地演变成为最大的冰川期：首先是一个8万年左右的波动的冰川积累期，然后是一个1万年的冰川高峰期，最后是一个非常快的冰川退化期（它们在一个完整的间冰川期到来之前在大约1万年左右时间内退去）。古气候学家把这个称之为锯齿状模式。关于什么原因引起冰川的缓慢积累以及最后较快的消退，存在着很大的争论。下例是一个可能发生的事件序列。
最后一次冰川期以来冰川的覆盖范围是什么？1万年到1．1万年以前，不列颠岛的北半部为冰川所覆盖，然而到8000年前已经见不到这一冰川了。在北美洲，冰川曾经从长岛延伸到威斯康星以及横跨加拿大的大部分地区。它的大多数直到6000年前才消失。
怎样才能积累起足够的冰川以形成一个冰川期呢？许多古气候学家认为（他们用模型支持自己的观点）是米兰科维奇机制左右了这些循环：地球轨道的变化改变了地轴的倾斜，从而调整了冬夏之间和赤道与两极之间太阳的照射量。对冰川期一间冰川期循环的一个理论性解释是这样的：出现一个有异乎寻常大雪（在夏天也不会完全融化）的冬天是因为地球轨道要素在起作用（意味着在北纬地带几乎没有什么夏季太阳光照）。2所反射掉的太阳热量，要比树、草和土壤可以反射的多得多，结果导致温度急剧下降和下一年的夏季变得更冷——一个典型的正反馈系统。最终，雪积聚起来并压实成为冰，冰原随着变冷的气候向南推进。5万年左右以后，冰川越过北极发展到英格兰，从加拿大发展到了威斯康星。冰川的巨大重量压迫着其下的地壳。随着海水在陆地上成为冰原，海平面下降了100米。
冰川期怎样才能扭转呢7较为可能的思路是：由于气候是如此之冷，以致北纬地带不再能形成大雪，从而停止了冰川的增长。冰川的重量使其下的基岩下沉，从而降低了冰原的高度，使它裸露给相对较热的空气。地球轨道再一次发生变化，从而增加了夏季的太阳光照。所有这些，结合起来就导致了冰川期的消退。随着更多的赤裸的陆地露出地面和植物开始回生，地球吸收了更多的热，这种正反馈把地球很快地导入（因此出现锯齿状模式）间冰川期。1万年到2万年以后又汗始一轮新的循环。
当研究者建立气候模型井速入这类营力和反馈性因素时，他们确实可以在电脑的输出端，重现所观察到的冰川期和间冰川期过渡的锯齿状格局。然而，以模型为基础的成功的古气候模拟，仍然只是全球变暖求证实验的相关的而不是主要的证据，因为我们无法确切地知道，所勾勒的这些机制的混合，在自然界是否以我们在模型中所建构的方式发生作用。例如，在过去80万年间占主导地位的10万年的循环，不可能是由地球轨道的偏心率变化所驱动的，因为这个10万年的循环，对于进入地球的太阳能量只能产生微乎其微的变化。最近有人指出，在地球轨道平面倾斜方面还存在着一个被人长期忽视的变化，这个变化，显示对过去60万年中以10万年为周期的冰川期循环有着很好的匹配关系。但是没有明显的机制，可以使得这种匹配看起来丝毫不像是一种奇怪的巧合。一个有趣的假说认为，较强烈的冰川期（包括过去60万年间10万年为期的循环）与西藏高原的构造上隆有关。很明显，冰I！潮理论还不完善，但是在古气候重建和模型模拟的许多方面已经有足够的一致性。气候的最适条件
我已经提及，天文学家已经显示地球的轨道相对于太阳有一个2万年、4万年和10万年的循环。今天，我们在1月份最接近太阳，但在9万年以前我们却是在7月份较为靠近。从现在起的10万年后，我们会再次逆转。我们知道，地球的轨道变化不会改变地球所接受的太阳照射年总量一个百分点的十分之二三，但是轨道效应可以改变纬度上和季节性的能量分布高达10％，即所谓太阳轨道营力。我们完全确信在9000年前的夏季，有比现在多8％的太阳光进入北半球。
随着电脑模型研究的最新进展，模型研究者现在已经开始模拟和解释过去气候的这些变化。他们可以从我们关于冰盖变化、大气圈中的粒子、二氧化碳、海平面温度，以及来自太阳的能量等方面知道的一切，把所有这些“营力”输入模型，然后，他们可以产生几千年前的气候是什么样的模拟。
研究这些现象的科学家也研究湖泊沉积物中的花粉化石和观察云杉森林如何向北迁移。然后，运用气候模型对古气候变化的预言，加上另一个有关森林如何随温度和降雨变化而变化的模型，他们把气候科学与生态系统科学联系起来。这使得我们能够预言，由模型计算驱动的、温度和降雨随时间变化的生态系统会发生什么变化，并通过将所预言的生态系统变化与野外在花粉化石中发现的东西进行对照，以检验气候模型。一个来自许多地球科学专业的国际科学家工作小组在一个称之为“全新世合作制图计划（CO。HMAP）”的研究计划中已经合作研究有五六年。总体上，他们的许多气候和生态模型与所掌握的资料相比较，在很多方面有着令人鼓舞的相似，但是在个别细节上还不总是完全一致。在一个任意给定的地点和一个任意给定的时间，这些模型在预言某些细节方面还得不到很好的可信性。而且，他们的森林模型，还没有包括冰川期大气圈中的低CO。。浓度对树木生长的直接的生理学效应。
于是，基本问题就成为：对模型预言的变化与16万年的自然变化的广泛对比，可以证实过去100年或未来100年，温度上升和温室气体积聚之间的定量因果关系吗？对此还不能肯定，因为仍然存在其他潜在的解释。但是，一致性已经足以认为这种因果联系是极有可能的，我认为有80％～90％的可能性可以相信，在20世纪地球变热与温室气体营力之间存在着因果联系。（参见第六章 中其他科学家关于这个问题可能性的个人观点。）证据是充分的，但仍然是相关性的因而不是结论性的——一个适合在特殊兴趣的人群中展开争论的条件。
人类引起的气候变化已经发现了吗
我已经提到，温度记录（图3．l）显示20世纪有大约0．5C的增温趋势，同时，CO。、CH。、N对这类温室气体的浓度亦相应增加。许多政策分析者和决策者已经询问：这种伴生关系是一种巧合还是一种因果？简言之，在所观察的温度记录中，是否已经发现了人类引起气候变化的迹象？对这个问题的回答看似简单，但实际上却极其困难——它会引起大量的争论。
首先，“发现”某种信号意味着从一个噪杂的背景中把它检认出来。全球平均温度记录，展示有以年计和以十年计的大约0．2”C的波动。它们仅仅是偶尔的噪声呢？还是对像火山喷发烟雾这类现象产生的反应？我认为答案是两者都有。全球温度在1883年（喀拉喀托）、1963年（阿贡）、1983年（埃尔基琼）、1991年（皮纳图博）火山爆发后的二三年里下降了十分之几度，这种变化很可能包括了对火山引起的平流层尘云的强制性反应；而大多数年复一年的温度波动可能仅仅是“噪声”，即由大气圈、海洋、冰原、土壤和生物群等气候子系统之间交换物质和能量引起的偶然的或随机的振荡。
长达一个世纪的0．5C的增温趋势怎么样呢？它可能会是噪声吗？这相当于问：掷一对骰子出现两个一点（每36次才有一次这种机会则4是否纯属偶然？我们大多数人都想要掷上一阵子来检验这种机会。但在地球及其气候问题的情况下，我们并没有长达100多年的覆盖全球的温度测量，因此，并没有告诉我们“气候骰子”可能性的直接测量数据。在这种情况下，长达百年的0．SCC的增温趋势是一种偶然的事件。从数学上讲，为了弄清05C的增温趋势是不是可以同这种自然噪声进行比较（或比其要大），我们需要知道长期的自然变异性（自然噪声）。如果比自然噪声为大，那么我们可以比较确信，20世纪的地球变暖不是一个偶然事件（我们把此过程称为“气候信号发现”）。然而，即便我们已经发现气候很可能发生了变化，但要把这种变化归之于人类活动，仍然有许多的工作要做（我们把此称为“气候信号归因”）。
由于我们没有全球表面温度趋势的观察数据，比如说2000年间（一个含有20个百年周期的时段），某些人已经提出迄今为止不存在气候变化的直接证据。虽然严格讲起来是对的，这却是一个高度误导的论断，因为还存在着大量间接的证据。例如，树木年轮的宽度就是气候变化的指示物，科学家已经取得了数千个覆盖全球数干年历史的树木年轮序列。其他的指示性“温度计”，包括冰川运动引起的地形变化、湖泊沉积物中的花粉浓度变化、冰川早期雪层中的化学成分等。虽然木是精确的全球温度指标，但这些指示物综合起来表明：0．st 的全球增温（或全�