傅里葉提出了大氣層具有溫室效應(yīng),丁鐸爾發(fā)現(xiàn)了大氣中只有CO2 等痕量氣體才具有溫室效應(yīng)。但無論是在傅里葉的時(shí)代或是丁鐸爾的時(shí)代，都無法就氣候?qū)O2變化的敏感性進(jìn)行定量計(jì)算.直到1896年，瑞典物理化學(xué)家阿倫尼烏斯才開始定量地計(jì)算氣候?qū)O2變化的敏感性。阿倫尼烏斯的主要研究工作是物理和化學(xué)，他于1903年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，他的一項(xiàng)重要成果是推算CO2和水汽對紅外輻射的吸收譜，并使用斯特蕃-玻爾茲曼定律和能量平衡原理計(jì)算氣候?qū)O2變化的敏感性以及水汽的正反饋效應(yīng)。

如前所述，CO2和水汽對紅外輻射的吸收包括了在不同波段上的吸收帶，今天對它們吸收性的測量是在實(shí)驗(yàn)室使用精密儀器進(jìn)行的，而在阿倫尼烏斯的時(shí)代，并不具備這些實(shí)驗(yàn)條件。阿倫尼烏斯推算CO2和水汽對紅外輻射的吸收所使用的數(shù)據(jù)是來自美國天文學(xué)家Samuel P.Langley積累的月光紅外波段的觀測資料。Langley曾試圖根據(jù)對月光紅外波段的觀測來確定月球的表面溫度。阿倫尼烏斯的想法是使用這些觀測數(shù)據(jù)來計(jì)算整個(gè)大氣柱中的CO2和水汽對月光紅外輻射的吸收特性。圖4中的帶方塊的斷線是阿倫尼烏斯使用Langley的觀測數(shù)據(jù)所得到的CO2和水汽的吸收譜，6.5μm附近的水汽吸收帶清晰可見，但阿倫尼烏斯的推算數(shù)據(jù)并沒有延伸到15μm的波段，實(shí)際上CO2在該處有一個(gè)最強(qiáng)的振動吸收帶，CO2之所以是強(qiáng)的溫室氣體正是由于該吸收帶的存在。與現(xiàn)在的測量對比，兩者定性地一致，但定量地講，還有很大的差距。

在驗(yàn)證氣候?qū)O2的敏感性時(shí)，阿倫尼烏斯設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的氣候模式，該模式在垂直方向只有一個(gè)等溫的大氣層，在緯度方向是格點(diǎn)化的，并有季節(jié)變化，類似于我們今天所說的一維氣候模式。該模式還考慮了水汽的正反饋和冰-雪反照率的正反饋。利用該模式，阿倫尼烏斯發(fā)現(xiàn)，如果大氣中的CO2濃度增加一倍，全球平均的地表溫度將升高6℃。與現(xiàn)在精確的多層氣候模式給出的地表氣溫對CO2加倍的敏感性數(shù)值(2—4℃)相比，阿倫尼烏斯的模式過高地估計(jì)了氣候?qū)O2變化的敏感性。他的誤差主要來源于兩點(diǎn)：(1)阿倫尼烏斯所推算的CO2和水汽吸收譜并不準(zhǔn)確，過高地估計(jì)了CO2 的溫室效應(yīng)；(2)他的一層等溫大氣模式高估了大氣層向外輻射的紅外輻射，也就是降低了大氣的溫室效應(yīng)，二者的綜合效應(yīng)是高估了CO2和水汽的溫室效應(yīng)。如果把現(xiàn)在準(zhǔn)確的CO2和水汽吸收譜放到阿倫尼烏斯的氣候模式，結(jié)果是氣候?qū)O2的敏感性將弱得多。

雖然阿倫尼烏斯的簡單氣候模式給出的結(jié)果有較大的誤差，但他是第一位定量地計(jì)算氣候?qū)O2的敏感性的科學(xué)家，也是第一位提出人類燃燒的化石燃料有可能導(dǎo)致全球變暖，并且有可能阻止氣候系統(tǒng)向下一個(gè)冰川期演變的科學(xué)家。有意思的是，阿倫尼烏斯認(rèn)為氣候變暖將有助于人類生存環(huán)境的改善，而且日益增加的地球人口需要更為溫和的氣候環(huán)境。這一觀點(diǎn)也是目前那些認(rèn)為全球變暖并非是一件壞事的人們的主要論點(diǎn)之一。