科学家们认为，在气候系统的自然变化中，最重要的方面是大气与海洋环流的变化或者脉动。这种环流变化是造成区域尺度气候要素变化的主要原因大气与海洋环流的变化有时可伴随着陆面的变化。在年际时间尺度上，厄尔尼诺和南方涛动（enso）和nao是大气与海洋环流变化的重要例子，它们的变化影响着大范围甚至半球或全球尺度的天气与气候变化，是目前制作季、年际气候预测的基础与依据。长期以来世界上许多气象学家一直致力于这方面的研究，旨在提高全球与区域的气候预测水平。对于更长的十年时间尺度，太平洋十年尺度振荡（pdo）和相关的年代际太平洋振荡（ipo）可以用来解释地面气温全球平均变化的一半左右，它们与明显地与地区性的温度和降水变化有联系。