ระบบภูมิอากาศ สมดุลพลังงานและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
สมดุลพลังงานของโลกมีการเปลี่ยนแปลงตาม “วัฏจักรมิแลนโควิช (Milankovich cycle)” คือ การเปลี่ยนแปลงวงโคจรของโลกกับดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญทางดาราศาสตร์ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่อแกนหมุนของโลก การเหวี่ยงของแกนโลก และวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ ทำให้โลกอยู่ใกล้หรือห่างจากดวงอาทิตย์และส่งผลให้สภาพภูมิอากาศของโลกเปลี่ยนแปลงไป ทั้งในช่วงที่อุณหภูมิโลกสูงหรือต่ำกว่าปกติ ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเป็นวัฏจักรทุก 10,000 – 20,000 ปี
พื้นผิวโลกถูกปกคลุมด้วยวัสดุหลายชนิด (Landcover types) และมีความสัมพันธ์กับสัดส่วนของรังสีดวงอาทิตย์ที่สะท้อนกลับสู่บรรยากาศ หรือที่เรียกว่า “อัลบีโด” (Albedo) ซึ่งมีคุณสมบัติในการสะท้อนแสงแตกต่างกัน อาทิ เมฆและแผ่นน้ำแข็งมีสีขาว (อัลบีโดสูง) มีความสามารถในสะท้อนรังสีดวงอาทิตย์กลับคืนสู่บรรยากาศได้ดี ในขณะที่พื้นดินและป่าไม้ที่มีสีเข้ม (อัลบีโดต่ำ) มีคุณสมบัติในการดูดกลืนรังสีจากดวงอาทิตย์ ดังนั้น สัดส่วนวัสดุปกคลุมพื้นที่แต่ละชนิดจึงเป็นกลไกสำคัญในการควบคุมการสะท้อนรังสีดวงอาทิตย์และอุณหภูมิของโลก และมีความเชื่อมโยงกับการดูดซับและสะท้อนรังสีดวงอาทิตย์กลับออกไปสู่บรรยากาศ กล่าวคือ รังสีดวงอาทิตย์ที่เข้ามายังโลกเป็นรังสีคลื่นสั้น (short-wave radiation) เมื่อกระทบกับพื้นโลกแล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน หรือรังสีคลื่นยาว (long-wave radiation) หากไม่สามารถสะท้อนกลับสู่ชั้นบรรยากาศได้ จะทำให้เกิดการสะสมของพลังงานความร้อนบริเวณผิวโลก ส่งผลให้อุณหภูมิของโลกเพิ่มขึ้น รวมทั้งการเปลี่ยนแปลงด้านอื่น ๆ ในระบบภูมิอากาศ