直到1896年，瑞典物理化學(xué)家阿倫尼烏斯才開(kāi)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(duì)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)。

阿倫尼烏斯推算CO2和水汽對(duì)紅外輻射的吸收所使用的數(shù)據(jù)是來(lái)自美國(guó)天文學(xué)家Samuel P. Langley積累的月光紅外波段的觀測(cè)資料。他設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)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(shuō)的一維氣候模式（真正溫室？）。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(duì)CO2加倍的敏感性數(shù)值(2—4℃)相比，阿倫尼烏斯的模式過(guò)高地估計(jì)了氣候?qū)O2變化的敏感性。

他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。

4. 施瓦氏、Frank Very等：確立輻射傳輸

量子力學(xué)登場(chǎng)了。相關(guān)知識(shí)請(qǐng)自己補(bǔ)課：

當(dāng)氣候科學(xué)進(jìn)入20世紀(jì)之后，它的發(fā)展極大地得益于物理學(xué),尤其是物理學(xué)中關(guān)于分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)以及量子力學(xué)的發(fā)展極大地促進(jìn)了人們對(duì)氣體分子吸收譜(分子光譜)的理解。這些物理學(xué)理論告訴我們，一種氣體分子的吸收譜是由其分子結(jié)構(gòu)決定的(如CO2和水汽的分子結(jié)構(gòu)決定了它只吸收和放出紅外波段的電磁波)，吸收譜中的每一根吸收線實(shí)際上是該分子在兩個(gè)振動(dòng)態(tài)之間的能量差，是量子化選擇性吸收的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上,溫室氣體的吸收譜也在實(shí)驗(yàn)室得到了廣泛和準(zhǔn)確的測(cè)量。

一個(gè)對(duì)氣候?qū)W發(fā)展具有重要貢獻(xiàn)的是天文學(xué)領(lǐng)域輻射傳輸理論的發(fā)展和完善。在20世紀(jì)初期，天文學(xué)家和天體物理學(xué)家出于對(duì)恒星結(jié)構(gòu)以及恒星內(nèi)部能量的徑向輻射和對(duì)流的研究興趣，建立了輻射傳輸?shù)幕纠碚?，這方面的代表性工作是施瓦氏在1906年發(fā)表的論文。在該論文中，施瓦氏給出了輻射傳輸?shù)幕痉匠?還有一些天文和天體物理學(xué)家為了解釋地球大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射傳輸?shù)挠绊懞托Ｕ?yáng)輻射的地面觀測(cè)結(jié)果，也開(kāi)始研究太陽(yáng)輻射在地球和太陽(yáng)系行星大氣中的傳輸問(wèn)題。一個(gè)代表性工作是Frank Very在1908年發(fā)表的論文。他們已開(kāi)始用多層大氣的模型來(lái)研究輻射傳輸問(wèn)題。著名天體物理學(xué)家錢德拉塞卡在1950年發(fā)表了他的關(guān)于輻射傳輸?shù)闹?，從而系統(tǒng)地建立了輻射傳輸理論。