大冰期与气候变化
关于地球远古时代的气候，随着时代的久远，我们的认识有些模糊不清。
地球形成为行星大约在55±5亿年前，从那时候开始直到46亿年前，地球上充满原始大气，并且逐渐逃逸。从46亿年前开始，地球进入到地质年代，逐渐产生次生大气，大约在30亿年前，地球上出现生命，开始改造地球大气，到寒武纪，大气才被生物改造成现在这个样子。但是，对古代以前的古气候，我们几乎是一无所知，到了古生代，古气候状况才逐渐清楚起来。
我们大体上知道，在地质时期反复经过几次大冰期，其中从古生代以来，就有三次大冰期。它们是：震旦纪大冰期，石炭纪二迭纪大冰期，第四纪大冰期。大冰期之间是比较温暖的间冰期。
每两次冰期之间，大约是2～3亿年。为什么有这样长的周期呢？一种意见认为，可能与造山运动有关系。地质上的大造山运动，往往使地面起伏程度加大，全球变冷。因为山脉越高，引起大气的热机效率就越高，上升运动增强，云雨增多，反射率增大，地面接收的太阳辐射能量减少，地表变冷。
三次大冰期与地质时代三次强烈的造山运动相对应。震旦纪大冰期产生在元古代末地壳运动以后，石炭纪～二迭纪大冰期与海西运动相对应，第四纪大冰期与喜马拉雅运动对应。这不是偶然的。现在，喜马拉雅山还在升高，造山运动并未停止，所以第四纪大冰期还远未结束。现在，喜马拉雅运动还不到7000万年，第四纪大冰期还只200多万年。所以这次大冰期还会延续下去，至少还要持续1～2万年。
另一种意见认为，地质历史上的大冰期和大间冰期，是由于地球的黄道倾斜的大波动造成的。这种观点认为，黄道倾斜的范围是在0°与54°之间，黄道倾斜大的时期代表着冰川流行的时期，在三次大冰期期间，黄道倾斜曾有过10°～23.5°的变化。
那么，造山运动为什么也有2～3亿年的周期呢？地球黄道倾斜为什么也有2～3亿年的波动呢？澳大利亚人威廉斯认为，这种气候变迁与地球在银河系的位置有关系。因为地球不停地绕太阳公转。整个太阳系也绕着银河系中心公转。这样转一圈的时间约2.5亿年，太阳系又回到原来的位置。
第四纪冰期的气候变化
我们说现代正处在第四纪大冰期中，其实，第四纪大冰期中的气候也有很大的变化，曾经出现几次亚冰期和亚间冰期。变化的时间短则几千年，长则几万年或十几万年。
在20世纪初，地质学家根据阿尔卑斯山区的资料，确定那里存在四次亚冰期的规律。这就是：群智亚冰期、民德亚冰期、里斯亚冰期和武木亚冰期。
在这些冰期之间是亚间冰期。以后在北欧、北美、亚洲等地也纷纷找到了对应的亚冰期。在我国对应的亚冰期是：鄱阳亚冰期、大姑亚冰期、庐山亚冰期和大理亚冰期。
在第四纪的冰期中，仍然有寒冷和温暖更替。在寒冷时期，雪线高度下降，冰川前进，出现亚冰期，以民德（我国为大姑）亚冰期和里斯（庐山）亚冰期的冰川规模最大，群智亚冰期规模最小。在温暖时期，气温升高，雪线高度上升，冰川退缩，出现亚间冰期。民德—里斯（大姑—庐山）亚间冰期长达17～18万年。在第四纪大冰期，高纬度气温的急剧下降，导致两极地区形成永久冰盖；在亚冰期，冰川一直伸展到中纬度，在亚间冰期才退缩到高纬度。
根据科学研究发现，从亚间冰期向亚冰期过渡时，气候常呈渐变形式，其中没有清楚的界线。从亚冰期向亚间冰期过渡时，气候常呈突变形式，两者之间有明确的分界线。科学家们称为终止线。在距今1.1万年前后出现了一条终止线，标志着最近一次亚冰期结束了，随之而来的是一次新的亚间冰期，气候由冷增暖。
在第四纪大冰期中，为什么会有亚冰期和亚间冰期的更替呢？按照南斯拉夫气候学家来兰柯维奇在20世纪30年代提出的理论，是由于地球轨道三要素的自然小波动造成的。地球轨道三要素是指：地球轨道的偏心率、地轴的倾斜度和春分点的位置。
地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。这样，地球处在轨道的不同位置，距离太阳的远近就不相同，获得的太阳辐射能量就有差异，如冬季在远日点，夏季在近日点，冬季就寒冷而漫长，夏季炎热而短促。地球轨道现在的偏心率是0.164；但是偏心率在0.00～0.06的范围内变动。它的变动周期约为96000年。偏心率的变化影响日地距离，从而影响太阳辐射强度，导致影响地球上的气候。
地球在春分点处在地球公转轨道上的什么位置，将影响季节的起止时间，也会使近日点和远日点的时间发生变化。地球在春分点的位置，是沿着地球公转轨道向西缓慢地移动，大约每21000年，春分点的位置在地球公转轨道上移动一周。春分节气的时间，每隔70年就要推迟一天。现在北半球夏季远日，冬季近日，夏季比冬季长8天。大约10000年后，就会变成冬季远日，夏季近日，冬季反而会比夏季长8天。就是说，不太冷而且短促的冬季，将会变成寒冷而漫长的冬季。
地轨倾斜又称黄赤交角，是地球上产生四季的原因。地轨倾斜度的变化，会导致回归线和极圈的纬度发生变化，从而改变地球上的季节。地轨倾斜使回归线在纬度221°～22.4°之间变化，使极圈在67.9°～65.76°之间变化。变动的时间周期41000年。地轨倾斜度增大时，回归线纬度升高，极圈纬度降低，高纬度的年太阳辐射总量增加，冬寒夏热、气温年较差增大，低纬度的年太阳辐射总量减少。地轨倾斜度减少时，高纬度冬暖夏凉，气温年较差减少，夏季温度低更有利于冰川发展。
历史时代的气候变化
从第四纪更新世晚期，距今约1.1万年前后开始，地球从第四纪冰期中的最近一次亚冰期，进入到现代的亚间冰期，人们也称之为冰后期。这一段时间大体上相当于人类进入到有文字记载的历史时代。关于这时期的气候，挪威的冰川学家曾做出近10000年来的雪线升降图，说明雪线升降幅度并不小，表明冰后期以来，气候有明显的变化。我国有悠久的历史记载，竺可桢将这些记载加以整理分析，发现我国在5000多年来的气候有4次温暖期和4次寒冷期交替出现。
在公元前3000～1000年左右，即从仰韶文化时代到安阳殷墟时代，是第一个温暖期，这个时期大部分时间的年平均温度比现在高2℃左右，最冷月温度约比现在高3～5℃。
从公元前1000年左右到公元前850年（周代初期），有一个短暂的寒冷期，温度在0℃以下。
从公元前770年到公元初年，即秦汉时代，又进入到一个新的温暖时期。
从公元初年到公元600年，即东汉，三国到六朝时代，进入第二个寒冷时期。
从公元600年到1000年，即隋唐时代，是第三个温暖期。
从公元1000～1200年，即南宋时代是第三个寒冷期，温度比现代要低1℃左右。
从公元1200～1300年，即宋末元初，是第四个温暖期，但是这次不如隋唐时那样温暖，表现在象的北限，逐渐由淮河流域移到长江流域以南，如浙江、广东、云南等地。
在公元1300年以后，即明、清时代以来，是第四个寒冷期，温度比现代要低1～2℃。
近5000年来，虽然是寒冷期与温暖期交替出现，但是总的趋势是由温暖向寒冷变化，寒冷期一次比一次长，一次比一次冷。在第二次寒冷期，只有淮河在公元225年有封冻。而在第四个寒冷期的1670年，长江都几乎封冻了。
有趣的事情是：挪威冰川学家用雪线高度表示气温升降，竺可桢用的是历史文献记载资料，结果却十分一致，说明冰后期以来的气候变化具有全球的普遍性，绝对不是一种巧合。
近代的气候变化
从1850年农业机械化开始以来，近100多年来的气候变化，我们称之为近代气候变化。近百年来气候变化的基本趋势是：1961年以后的世界气候与本世纪前半期相比有显著不同，而与19世纪后半期相类似。从19世纪末期开始，到20世纪40年代，是世界性气候增暖时期，增暖的趋势在20世纪40年代达到顶峰，以后温度下降，20世纪60年代后变冷更加明显，这次变化很可能是近10000年来的一次气候振动。
这种振动可以从大气环流变化中得到解释。根据英国气候学家拉姆巴的说法，从1895年开始，世界环流突然由经向环流占优势的时期，转变为纬向环流占优势的时期。从此，纬向环流不断加强。到1940年前后达到最盛时期；随后，纬向环流又逐渐减弱，经向环流又逐渐加强，到1961年前后，纬向环流显著减退，重新恢复成为经向环流占优势的时期。
在纬向环流强盛时期，气旋性活动增强，行星风系影响加剧，南北半球的气候带向两极方向移动。在纬向环流衰弱的时期，反气旋性活动加强，季风发达，南北半球高低纬度之间气流交换频繁。地球上的气候带向赤道方向移动。可见，世界环流型式的改变，对全球性气候变化的影响多么巨大。