Le climat définit et explique les conditions de l'atmosphère au-dessus d'un lieu à moyen et long terme (à la différence de la météorologie qui s'intéresse au court terme). Mais il peut s'étudier à différentes échelles d'espace et de temps.

• Le climat de la planète considéré comme un tout, dit planétaire (global pour les anglo-saxons) est déterminé principalement par les facteurs astronomiques.
• Un niveau plus fin d'analyse peut s'opérer entre régions chaudes et froides de la planète, en fonction de la latitude et des grands vents. On parle alors de climats zonaux.
• Mais la répartition des terres et des mers à une même latitude crée des climats régionaux comme par exemple l'Europe atlantique plus influencée par l'océan que l'Europe centrale au climat plus rude.
• Enfin l'échelle la plus fine est celle des microclimats, celle d'une vallée de montagne ou même d'une grotte ou d'un appartement. C'est ceux-là que nous percevons. Ils sont évidemment encore plus nombreux.

Mais, plus qu'au climat planétaire préoccupation majeure des physiciens et des géologues, les géographes s'intéressent aux climats, en insistant sur l'hétérogénéité des ambiances à la surface des continents et des océans, leurs discontinuités spatiales, leurs rythmes saisonniers et leurs variabilités interannuelles.

La Terre a une température a peu près constante depuis l'apparition de la vie ; il y a eu des périodes plus chaudes et d'autres plus froides, mais jamais éloignée de plus de quelques degrés par rapport à une moyenne d'environ 15,1°C. Une telle stabilité est extraordinaire si l'on compare à des planètes comme Mars ou Venus qui à l'origine avait des conditions climatiques semblables à la Terre et qui ont évolué vers le désert ou la fournaise. Cette stabilité est due à la présence d'eau qui recouvre près des trois quarts de la surface de la planète (qui passe selon la température planétaire de l'océan à l'air ou aux glaciers) et aux êtres vivants qui occupent sous diverses formes toute la planète.

Pour autant, le climat de la Terre varie naturellement, sans l'intervention de l'Homme, suivant des cycles et des évènements ponctuels. Ces changements nous sont imperceptibles et ne sont connus que par les analyses des traces laissées par des ambiances climatiques différentes dans les glaces, les sols etc.
La variabilité des climats n'est perçue qu'à l'échelle locale et régionale par les humains et encore car la mémoire humaine est sélective. D'une année à l'autre les saisons changent en particulier aux moyennes latitudes (par ex. juillet 2003 : chaud et sec et juillet 2004 frais et arrosé dans le nord de la France). En effet, Le climat varie différement suivant les échelles géographiques considérées. Ainsi, le réchauffement climatique en cours s'entend à l'échelle de la planète mais masque des variations régionales et locales qui peuvent parfois apparaître contradictoires.

La variabilité du climat planétaire est normale, et tient aux fluctuations des courants océaniques, aux éruptions volcaniques, au rayonnement solaire, aux paramètres astronomiques et à d'autres composantes du système climatique encore partiellement incomprises.

Nous synthétisons ici les principaux paramètres et phénomènes naturels qui contribuent à modifier le climat planétaire.

Les variations climatiques dépendent étroitement de la position astronomique de la Terre.
Voyons quelques caractéristiques astronomiques de la Terre dans le système solaire :

• La Terre se situe approximativement à 150 millions de km du Soleil qui nous apporte chaleur et lumière indispensables à la vie.
• L'orbite de la Terre (parcours qu'elle décrit autour du soleil) n'est pas ronde mais elliptique, ce qui fait que la Terre est entre 147,17 millions de km en périhelie (au 2 janvier) et 153,18 millions de km en aphélie (au 2 juillet). Nous remarquerons que pour l'hémisphère nord, c'est en hiver que la Terre est la plus proche du soleil : ce n'est donc pas ce facteur qui détermine les saisons.
• La Terre tourne autour du soleil en 365 jours, 06 heures et 09 minutes (d'où les années bissextiles), c'est la révolution.
• Dans le même temps, la Terre effectue une rotation sur elle-même en 23h 56mn 04s (c'est le jour sidéral), nos sociétés parlent en jour solaire (24h). Cette rotation détermine le jour et la nuit.
• La Terre, comme la plupart des planètes du système solaire a une orbite située sur un même plan dit plan de l'écliptique. Ainsi, l'axe des pôles du globe forme forme actuellement un angle de 23°27' avec la perpendiculaire à ce plan.

L'inclinaison de l'axe des pôles par rapport à la perpendiculaire au plan de l'écliptique et la révolution engendrent les saisons astronomiques à partir de quatre positions :

• deux équinoxes (printemps : 21 mars et automne : 23 septembre)
• deux solstices (été : 21 juin et hiver : 21 décembre)

La rotondité de la Terre (sa forme se rapproche d'un géïode) fait que les rayons du soleil doivent traverser à la fois une plus grande distance et surtout une épaisseur plus importante de l'atmosphère en allant vers les pôles. Ceci définit les grandes zones climatiques :

• zone toujours chaude de part et d'autre de l'équateur jusqu'au-delà des tropiques
• deux zones tempérées aux latitudes moyennes (c'est à dire à égale distance entre l'équateur et le pôle)
• deux zones froides entre les cercles polaires et les pôles

L'activité volcanique rejette notamment du CO2 et de l'acide sulfurique sous forme de gouttelettes. Les rejets de cendres peuvent atteindre des millions de tonnes jusqu'à plusieurs kilomètres d'altitude.
Toutes les éruptions volcaniques ont des effets sur le climat de l'échelle locale à régionale. Certaines d'entre elles, particulièrement importantes, rejetent des poussières dans la stratosphère (au-delà de 13 km d'altitude) et modifient le climat planétaire pendant quelques mois. Dans ce cas, ce phénomène crée une couverture atmosphérique opaque qui filtre la luminosité et la chaleur qui vient du soleil. Ceci peut entraîner un refroidissement du climat comme le volcanisme intense d'une centaine de milliers d'années qui a eu lieu lors de l'extinction des dinosaures. En 1450 av. JC, l’éruption volcanique de Santorin en mer Egée va mettre en suspension de telles quantités de poussières que durant l’été qui suit en Europe et au Proche Orient, le ciel reste voilé et la température baisse d’environ 0,5°C.
Récemment, l'éruption du Pinatubo philippin en 1991 a entraîné des projections jusqu'à 35 km d'altitude. Deux mois après l'explosion, plus de 40% d'une bande intertropicale entre 30°N et 20°S était recouverte par les aérosols, entraînant une baisse moyenne de la température de la planète entre 0,1 et 1°C. Les volcans indonésiens Krakatoa (1883), Augun (1963), le mont Saint Helens (1980) aux Etats-unis et le volcan mexicain El Chichòn (1982) eurent les mêmes effets (G. JACQUES, H. LE TREUT, 2004).
Ainsi, le volcanisme implique une chute des températures à court terme mais s'avère être un puissant facteur de réchauffement sur le long terme. En effet, lors du crétacé supérieur (il ya environ 80 millions d'années), la température était de 6°C supérieure à celle que nous connaissons, ce fût la période la plus chaude de l'histoire de la Terre marquée par un volcanisme majeur.

L'atmosphère et l'océan, qui sont des fluides, interagissent. Ainsi, l'océan joue un role important dans la définition des climats à diverses échelles.
Au niveau planétaire, actuellement, les eaux de surface des mers de Norvège et du Labrador, plus salées avec la formation de glace, plongent entre 2 000 et 4 000 mètres de profondeur (on parle de l'Eau Profonde Nord Atlantique) et circulent lentement vers les autres bassins océaniques. Dans le même temps, les eaux tropicales chaudes de surface remontent notamment vers le pôle Nord. Cette circulation lente (environ 1 500 ans) atténue les différences de températures entre les latitudes.

Ces échanges océaniques auraient été modifiés au Dryas (10 500 BP) car la fonte des glaces continentales (inlandsis) entraînant un surplus d'eau douce a diminué la salinité des eaux.
Ce phénomène ralentit alors le transport méridien de chaleur et peut entraîner un refroidissement intense de l’Europe. Ceci étant, ce refroidissement modifie d'autres facteurs atmosphériques qui concourrent ensuite à son rétablissement... Les interactions océan-atmosphère sont assez compliquées à appréhender.

L'Oscillation Nord-Atlantique est une variation qui affecte l'Atlantique nord comme son nom l'indique des côtes américaines à l'Europe. Il existe un équivalent dans le pacifique mais sa masse considérable et son fonctionnement plus hémisphérique que dans l'Atlantique atténue cette oscillation.
Au pas de temps pluridécennal, la circulation atmosphérique aux latitudes moyennes connaît des périodicités appelées oscillation nord-atlantique (ONA), bien corrélées avec les variabilités du champ de pression arctique. Normalement, un gradient de pression de l’ordre de 20 hPa s’établit entre les latitudes subtropicales de l’anticyclone des Açores et la latitude de la dépression d’Islande engendrant un flux d’ouest à baisse et haute altitude. Plus le gradient de pression est fort et plus la circulation d’ouest affecte l’Europe. Au contraire lorsque la circulation se ralentit suite au maintien de hautes pressions continentales sur le continent par exemple, les circulations méridiennes deviennent majoritaires en saison froide (Hurrel, 1995 et 1996, Osborn et al., 1999, Mann et al., 1999 et 2000). Des alternances de périodes à faible indice de circulation zonale 1870-1900, 1930-1980 alternent avec des périodes à fort indice zonal 1900-1930, depuis 1980. Les caractéristiques thermiques des hivers (doux et venteux ou très froids) et la latitude où la pluviométrie est la plus abondante s’en trouvent modifiées.