21世紀的氣候將如何變化？對于這一重要問題，我們可以在預測未來溫室氣體和氣溶膠排放量的基礎上，通過氣候模式模擬來回答。模擬結果表明，當溫室氣體排放率大于或等于當前排放率時，氣候變化很有可能比20世紀觀測到的還要劇烈。即使立即減少溫室氣體排放量，將溫室氣體濃度維持在目前水平，氣候變化也將持續幾個世紀。氣候變化的這種“慣性”，源于許多種因素的共同作用，比如海洋的熱容量，以及大氣環流達到新平衡所需的上千年時間（只有這樣才能將大氣中的熱量和二氧化碳與整個深海均勻混合，從而在新的條件下達到新的平衡）。

具體來說，根據氣候模式預測，未來20年，在合理的排放范圍內，全球溫度將以每10年0.2℃的平均速度增長。由于氣候系統對目前大氣溫室氣體濃度的反應具有滯后性，因此大約有一半近期的增溫將影響到未來的變化。

盡管如此，21世紀的長期氣候變暖仍受到溫室氣體排放量的強烈影響，科學家針對各種各樣的情況（比如從快速經濟增長到適度經濟增長，從過于依賴化石燃料到不太依賴化石燃料等），對未來的氣候進行了模擬。在各種不同的排放情況下，全球溫度將上升1.8℃到4.0℃。排放量越高，則升溫越高。就區域性影響而言，科學家比以往更加確信，未來的氣候變化形式將類似于過去50年來觀測到的氣候變化形式（例如，陸地比海洋升溫快），只是變化的幅度將比以往更大。

模擬結果還表明，隨著全球變暖，通過陸地和海洋的自然過程去除大氣中多余的二氧化碳，收效將越來越微弱。氣候變暖會使更多被排放出來的二氧化碳滯留在大氣中，反過來又會進一步加速全球變暖，這是碳循環（carbon cycle，碳化合物在氣候系統中的交換過程）中一個重要的正反饋效應。盡管模型也認為碳循環的變化表現為正反饋，但是它們對氣候變化的影響程度仍然無法確定，因為這取決于許多其他因素，比如植物或土壤對碳的吸收如何隨氣候變化而變化，而我們對此知之甚少。這些過程也將是未來研究的重要課題。

模擬還預測，氣候變化將影響海洋的物理化學性質。21世紀海平面將上升30cm—40cm的估計，同樣取決于溫室氣體的排放量。海平面的升高，大約60%是由海洋熱膨脹引起的。但這些預測，并不包括近期觀測到的格陵蘭島和南極洲冰蓋消失速度加快，可能引起的海平面加速上升。盡管對冰蓋消失過程的科學理解非常有限，但是它們可能將海平面的上升幅度再增加10cm—20cm，因此不能排除海平面有更大幅度上升的可能。海洋的化學性質同樣受到影響：大氣中二氧化碳濃度的增加，將使海水變得更酸。

根據預測，最劇烈的氣候變化可能會發生在極地地區，包括高緯度地區土壤溫度的顯著上升、凍土層融化深度的增加和北極盆地夏季海冰的大量減少等。在緯度較低的地區，將可能出現更為強烈的熱浪、降雨和更為強烈但可能頻率有所下降的颶風與臺風。颶風和臺風增強的程度還不確定，這也是未來的研究課題之一。

當然，一些重要的不確定性依然存在。云對溫度上升的具體反饋途徑，是影響全球變暖整體預測的一個關鍵因素。令人沮喪的是，云的復雜性意味著它們的反應難以把握，因此還需要在這一領域開展更多的研究。

我們生活在這樣一個時代：自然和人類共同影響著地球和地球生物的進化。不幸的是，我們的氣候模擬對一個世紀以后的預測還顯得無能為力，自然系統和人類社會對氣候變化的響應如何？我們對此的認識局限也增加了預測的不確定性。不過，有一點是肯定的：在未來至少1000年里，植物、動物和人類都必須承擔氣候變化的后果。