1、天文方面的原因主要有以下几个：
（1）太阳辐射强度的变化：太阳辐射可能在10～109年范围内变化。可见光辐射变化范围一般在0.05％～1.0％，最大不超过2.5％。太阳辐射的变化主要表现在紫外线到X射线以及无线电波辐射部分，当太阳活动激烈时，这部分辐射发生强烈扰动。如果太阳辐射变化1％，气温将变化0.65～2.00℃。
（2）太阳活动的准周期变化：研究表明，太阳活动的准周期变化与气候振动有密切关系。如太阳黑子的活动，其规律为11年、22年和88～90年。但目前人们想根据太阳变化规律来探索气候变化的原因，尚未取得令人满意的结果。
（3）地球轨道要素的变化：地球轨道要素（地球公转轨道椭圆偏心率、自转轴对黄道面的倾斜度、岁差）的变化使不同纬度在不同季节接受的太阳辐射发生变化，通常用以解释第四纪冰期与间冰期的交替。
2、地文学方面的原因：地质时期中，下垫面的变化对气候变化产生了深刻的影响。其中以地极移动（纬度变化）、大陆漂移、造山运动和火山活动影响最大。
据地质学家考察结果发现，在整个地质时期中，气候史上最大的冰川活动时期都发生在地质史上最重要的造山运动之后。如第四纪大冰期发生在从第三纪开始的新阿尔卑斯造山运动之后，石炭—二叠纪大冰期发生在晚古生代的海西造山运动之后。
大气环流的变化也会影响气候变化。如北冰洋极地高压的扩大和加强，势必导致偏北风加强。
3、人类活动对气候的影响：近百年来世界气候变化的主要影响因子，按其重要程度排序为：二氧化碳浓度变化、城市化、海温变化、森林破坏、气溶胶、荒漠化、太阳活动、O3、火山爆发及人为加热。由此可见，大气中二氧化碳的含量的变化以被当作近代气候变化的首要原因。
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