L’atmosphère, les surfaces continentales, les océans et les glaces sont en interactions permanentes, à travers de nombreux processus physiques, chimiques ou biologiques. Cet ensemble très complexe, appelé « système climatique », régit notre climat : il influence les températures, les vents et les précipitations auxquels nous sommes confrontés au fil des jours, des saisons et des siècles. Le système évolue avec le temps sous l’effet de sa propre dynamique interne et en raison de forçages externes tels que les éruptions volcaniques, les variations de l’activité solaire ou les forçages anthropiques (notamment les variations de la composition de l’atmosphère - GES - ou les changements d’affectation des terres).

Système climatique. Source : RAC

La contribution du Soleil à l’évolution de la température en surface est principalement marquée par le cycle solaire de 11 ans, qui peut expliquer les fluctuations des températures mondiales jusqu’à concurrence de 0,1 °C environ entre les minima et les maxima. Il est possible qu’une tendance durable à l’intensification de l’activité solaire au début du XXe siècle, accompagnée de la variabilité interne, de l’augmentation des gaz à effet de serre et d’une interruption dans l’activité volcanique, ait accentué le réchauffement relevé pendant cet intervalle. Elle ne peut cependant expliquer la hausse observée depuis la fin des années 1970. On note même une légère baisse de l’éclairement énergétique solaire total entre 1986 et 2008.

Les éruptions volcaniques font varier la température à la surface du globe en rejetant occasionnellement dans l’atmosphère des aérosols qui refroidissent la surface terrestre. Les grandes éruptions, comme celle du mont Pinatubo en 1991, peuvent refroidir la surface d’environ 0,1 à 0,3 °C pendant une période allant jusqu’à trois ans, donc une durée relativement limitée.

Avant 1870, quand les émissions anthropiques de gaz à effet de serre et d’aérosols étaient plus faibles, la variation de l’activité solaire et volcanique et la variabilité interne jouaient un plus grand rôle, même si la contribution précise de ces différents éléments à la température en surface est moins certaine. Les périodes d’activité solaire minimale d’une durée de plusieurs décennies ont souvent été associées à des conditions froides. Toutefois, elles comportent fréquemment des éruptions volcaniques, ce qui rend difficile la quantification de l’apport du Soleil.

Les grands courants marins qui circulent de manière permanente au sein des océans et répartissent sur la planète la chaleur solaire reçue par les masses d'eau constituent ce que l'on appelle la circulation océanique. Cette circulation est aussi dite thermohaline, puisqu'elle est actionnée par les différences de température et de salinité des eaux (voir vidéo). La circulation thermohaline a des conséquences encore mal estimées aujourd'hui sur le climat.

Source : RAC

Les eaux refroidies et salées plongent au niveau des hautes latitudes dans l'Atlantique-Nord (Norvège, Groenland, et mer du Labrador) et descendent vers le sud, à des profondeurs comprises entre 1 et 3 km, formant l'eau profonde Nord-Atlantique. La remontée de ces eaux se fait principalement par mélange vertical dans tout l'océan. On estime qu'une molécule d'eau fait ce circuit entier en environ 1 000/1 500 ans.

La composante la plus importante de la variabilité interne du climat est le phénomène El Niño/Oscillation australe (ENSO), qui a un effet notable sur les variations interannuelles de la température moyenne dans les régions tropicales et dans le monde. Des températures annuelles assez élevées ont été relevées pendant les épisodes El Niño, en 1997–1998 par exemple. La phase froide du phénomène ENSO est appelée La Niña.

L’oscillation nord-atlantique (ONA, plus connue sous le sigle anglais NAO) désigne un phénomène touchant le système climatique du nord de l'océan Atlantique. L'ONA décrit les variations du régime océan-atmosphère sur la région et se mesure généralement comme la différence de pression atmosphérique entre l'anticyclone des Açores et la dépression d'Islande. La variation de l'indice ONA est particulièrement importante de novembre à avril alors que la circulation atmosphérique est très variable aux latitudes moyennes, c'est pourquoi on calcule l'indice en hiver. Les variations de l'indice peuvent être grandes d'une année à l'autre ou plus globalement sur des périodes de plusieurs années où l'indice moyen est plutôt positif (1980-1998), et d'autres où il est plutôt négatif (1955-1974). Ce cycle long de 20 à 25 ans donne un effet plus systématique sur le climat, avec au final une contribution à notre climat en Europe.

Enfin, une influence de la lune sur le climat existe, mais à très longue échéance (centaines de milliers d'années au moins). L'astronome Jacques Laskar a montré que la présence de la Lune a probablement stabilisé l'axe de rotation de la Terre qui, en l'absence de la Lune, aurait oscillé sous l'influence des effets gravitationnels du Soleil et des autres planètes. Cette présence a donc probablement empêché des variations majeures du climat, aux cotés desquelles les glaciations du quaternaire ne seraient que des détails. On peut imaginer que ces variations du climat, si elles avaient eu lieu, auraient elles-mêmes empêché, ou au moins fortement modifié, l'évolution biologique.

L'affirmation suivant laquelle les changements de temps coïncideraient avec les changements de phase de la Lune, est facilement contredite par le fait que les seconds sont synchrones sur toute la Terre, tandis que les premiers ne le sont pas.