Oceany i wybrzeża
Wraz z atmosferą, biosferą lądową i kriosferą oceany odgrywają kluczową rolę w globalnym systemie klimatycznym i jego zmienności. Oceany przechowują ogromne ilości energii pochłoniętej przez słońce, a energia ta porusza się po całym świecie przez jego prądy. Zmiany w strukturze cyrkulacji wpływają na długoterminową redystrybucję ciepła w oceanach, co może mieć istotny wpływ na klimat świata.
Krótsze wahania (od lat do dziesięcioleci), takie jak oscylacja El Niño-Southern, oscylacja dekadalna Pacyfiku, oscylacja Północnego Atlantyku i oscylacja arktyczna, wpływają na klimat w krótkich skalach czasowych.
Różne międzynarodowe i krajowe projekty i programy koncentrują się na obserwacjach cech oceanów, takich jak temperatura powierzchni morza i bezwzględny poziom morza, prognozując ich zmiany. Global Ocean Observing System (GOOS) to stały globalny system takich obserwacji, modelowania i analizy zmiennych morskich i oceanicznych w celu wspierania operacyjnych usług oceanicznych na całym świecie. Projekty takie jak brytyjska stała służba średniego poziomu morza (PSMSL) oceniają zmiany poziomu morza na podstawie globalnej sieci mierników pływów. Jednak nierówny rozkład geograficzny mierników i ruch lądu, na którym znajdują się wskaźniki, oraz zmiany w obiegu oceanów prowadzą do niepewności w szacunkach.
Inne krajowe i międzynarodowe grupy modelujące opracowały prognozy dotyczące temperatury morza i wzrostu poziomu mórz w oparciu o scenariusze rozszerzalności cieplnej, które są najważniejszym elementem. Należą do nich NASA w USA, PIK w Niemczech i KNMI w Holandii. Projektują również zmiany w lodowcach i czapach lodowych.
Różne organizacje monitorują inne cechy wody morskiej, takie jak temperatura powierzchni morza, co jest ważne dla wzorców pogodowych i ekosystemów morskich (zob. na przykład usługa monitorowania środowiska morskiego programu Copernicus). Zakwaszenie oceanów lub trwający spadek pH oceanów może być wynikiem antropogenicznej emisji CO2 oprócz bezpośredniej zmiany klimatu (więcej informacji znajduje się w brytyjskim programie badań nad zakwaszaniem oceanów lub europejskim projekcie dotyczącym kwasu OCean Acidification EPOCA).