直到1896年，瑞典物理化學家阿倫尼烏斯才開始定量地計算氣候?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，他于1903年獲諾貝爾化學獎，他的一項重要成果是推算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和水汽對紅外輻射的吸收所使用的數(shù)據(jù)是來自美國天文學家Samuel P. Langley積累的月光紅外波段的觀測資料。他設(shè)計了一個簡單的氣候模式，該模式在垂直方向只有一個等溫的大氣層，在緯度方向是格點化的，并有季節(jié)變化，類似于我們今天所說的一維氣候模式（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致全球變暖、并且有可能阻止氣候系統(tǒng)向下一個冰川期演變的科學家。有意思的是，阿倫尼烏斯認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。這一觀點也是目前那些認為全球變暖并非是一件壞事的人們的主要論點之一。

4. 施瓦氏、Frank Very等：確立輻射傳輸

量子力學登場了。相關(guān)知識請自己補課：

當氣候科學進入20世紀之后，它的發(fā)展極大地得益于物理學,尤其是物理學中關(guān)于分子結(jié)構(gòu)的認識以及量子力學的發(fā)展極大地促進了人們對氣體分子吸收譜(分子光譜)的理解。這些物理學理論告訴我們，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際上是該分子在兩個振動態(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驗室得到了廣泛和準確的測量。

一個對氣候?qū)W發(fā)展具有重要貢獻的是天文學領(lǐng)域輻射傳輸理論的發(fā)展和完善。在20世紀初期，天文學家和天體物理學家出于對恒星結(jié)構(gòu)以及恒星內(nèi)部能量的徑向輻射和對流的研究興趣，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家為了解釋地球大氣層對太陽輻射傳輸?shù)挠绊懞托Ｕ栞椛涞牡孛嬗^測結(jié)果，也開始研究太陽輻射在地球和太陽系行星大氣中的傳輸問題。一個代表性工作是Frank Very在1908年發(fā)表的論文。他們已開始用多層大氣的模型來研究輻射傳輸問題。著名天體物理學家錢德拉塞卡在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。