雷暴的狂怒之美令计算机模拟也相形见绌。在一个被划分为 10,000 平方公里网格的世界中，以便计算机能够处理 5.1 亿平方公里的地球，一场降雨面积仅为 2 平方公里的雷雨云仍然太小，无法在气候模拟中进行正确计算——即使是像 2012 年蔓延超过 280 公里海洋和陆地的飓风桑迪也是如此。
云控制着气候。即使它们能够在计算机模拟中得到正确地解释，云的类型、它们在大气中的高度，甚至云中液滴的组成和形状都存在各种复杂性。气候模型很难模拟飓风，即一些最大的云系统，更不用说孤零零的卷云或浓密的积雨云了。随着气候变暖，低层冷却云可能会如何形成，或者这种云是否可能完全消失，这些都对整体全球变暖产生重大影响。
在所有关于全球变暖的常用数字中，气候变化中最重要的数字不是400（大气中二氧化碳的百万分比浓度）、2摄氏度（全球平均气温升高）、一万亿吨（碳预算），甚至不是 1000 亿美元（每年气候适应资金）。它甚至不是一个单独的数字，而是一个范围：根据联合国政府间气候变化专门委员会（获得诺贝尔和平奖的 IPCC）最近的努力，这个范围是 1.5 摄氏度到 4.5 摄氏度。
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这是基于大约 40 个行星尺度海洋和大气模拟（称为全球气候模型）的输出，大气二氧化碳浓度加倍后，预计在几个世纪内发生的全球变暖。每个模型，例如位于科罗拉多州博尔德市国家大气研究中心的社区地球系统模型，都在大型超级计算机上运行。这个最重要的数字的正式名称是“平衡气候敏感度”，它旨在表示地球表面温度在太阳能量的变化量被地球捕获而不是辐射回太空之后的新平衡。这个数字是对变暖范围的估计，因为科学家和计算机模型都无法就地球的生物地球化学循环对越来越厚的无形温室气体毯子捕获更多热量的敏感程度达成一致。
事实上，尽管进行了数十年的更好观测和模拟，但自 1979 年美国国家研究委员会一份由气象学家朱尔·格雷戈里·查尼领导的关于气候变化的报告评估了气候敏感度在二氧化碳浓度加倍导致 2 到 4 摄氏度变暖的范围内以来，气候敏感度的这个范围并没有太大变化。“我们可能和以前一样不确定，”美国宇航局戈达德空间研究所的气候建模师兼主任加文·施密特说。“但我们是在更坚实的基础上不确定。”
地球是一个复杂的系统，一种不可简化的复杂性，无法简化为计算机模型。因此，大气中二氧化碳浓度增加的实际影响，例如北极陆地和海冰的融化，似乎比大型计算机模拟预测的要快。但敏感度范围并非仅仅是计算机运行大气和海洋（两种巨大的翻滚流体在相互作用）如何对更多二氧化碳捕获更多热量做出反应的模拟的简单产物。它还基于封存在南极冰中的古老空气、石头中放射性元素的稳定衰变以及对地球遥远过去的其它观测。在气候方面，遥远的过去不仅仅是过去，它还是对未来世界可能再次经历的情况的预演。
以始新世为例，大约 3000 万年前，地球近期历史上最温暖的时期，当时大气中二氧化碳浓度升至 700 ppm 以上，棕榈树和类似鳄鱼的动物在靠近北极的纬度地区繁衍生息。气候模型很难解释始新世的极地为何如此温暖，即使二氧化碳浓度远高于今天。“我们要么看到新的反馈在高温度下在极地地区开始发挥作用，可能与植被和气溶胶或雾霾有关，”施密特说。或者“这可能是奇异的物理现象。”
另一方面是大约 26,000 年前的末次盛冰期，当时全球平均气温下降了 4 摄氏度。* 这足以将北半球大片地区覆盖在厚达数公里的冰盖之下，冰盖向南延伸至纽约市。追踪过去 4.2 亿年的气温表明，如果二氧化碳浓度翻一番，气候变化将超过 2 摄氏度——但气温将超过该数字多少尚不清楚。
当然，使预测变得复杂的原因不仅仅是云。弄清楚我们地球家园的能量平衡是复杂的。火山爆发似乎对全球气候的影响比以前认为的更大（这给有抱负的地球工程师带来了更多希望），海洋吸收的热量也是如此，这两者都有助于冷却气候，至少在短期内是这样。仅仅了解围绕南极洲旋转并使该大陆处于严寒状态的南大洋环流就可以改进气候模型。这是一个关键的观测输入，但与咆哮的 40 度和狂暴的 50 度（强风和随之而来的巨浪使船舶甚至机器人滑翔机难以观测）的现实相比，提出要求容易得多。而且不仅仅是南大洋：太平洋和大西洋如何环流、吸收和释放热量仍然是模型未能捕捉到的现实。“变暖的演变还取决于海洋变暖的速度，”爱丁堡大学气候科学家加布里埃尔·黑格尔指出。
气候变化也不仅仅是由二氧化碳以及化石燃料燃烧和其他人类活动产生的其他温室气体驱动的。它还受到为农田清理森林或允许树木重新生长、太阳强度变化无常以及来自中国和其他不受控制的气溶胶污染暂时玷污大气的影响。“这有点像在一个繁忙的十字路口观察交通一小时，”苏黎世联邦理工学院的气候科学家雷托·克努蒂说。“通过这样做，您可以了解很多交通规则，但要预测未来十年或一个世纪交通将如何变化将非常困难。”
正如谚语所说：所有模型都是错误的，但有些是有用的。所有这些现实世界的不确定性的影响或许可以综合起来，并转化为一个约束所有模型的因素，一种基于贝叶斯统计技术的气候变化模型的主环，该技术根据与每个贡献因素相关的概率来估计总体不确定性。“我们还没有完全设计出那个实验，”施密特说。但“通往综合的道路非常清晰。”
云的物理特性及其看似变幻莫测的行为——这种活动催生了人类对反复无常的天空之神的爱好——困扰着现代气候科学家和气象学家，尽管卫星提供的天空之眼应该有所帮助，更强大的计算机也应该有所帮助，在更强大的计算机上运行的模型可以细化到仅 1 平方公里的网格，并最终捕捉到那些雷暴云。然后是像大众汽车公司这样的人的失败，该公司的员工在他们制造的汽车的排放问题上撒谎，甚至足以抵消模型运行中考虑的污染，从而抵消该模型产生的未来预测。换句话说，反馈具有未知的未知数。
尽管如此，计算机模型——即使是盖伊·卡伦达在 1938 年的手工计算或 1979 年查尼报告的猜测——在预测已经发生的气候变化方面做得很好，这表明长期气候敏感性可能不如未来几十年气候将如何反应那么重要。“关键是要预测在它发生之前会发生什么，”施密特说。“要了解 2050 年会发生什么，关键不是气候敏感性，而是我们所处的排放路径。”
尽管如此，大多数气候科学家都同意他们所有前辈的观点：大气中二氧化碳浓度加倍将意味着全球平均气温升高约 3 摄氏度，上下浮动约 1 摄氏度。检验这种共识是否正确的一种方法是继续文明目前燃烧化石燃料、砍伐森林和其他排放温室气体的活动。
“即使没有加速，到 2065 年我们也可能超过 2 摄氏度的变暖，到本世纪末将超过 2.5 摄氏度，”国家大气研究中心的气候科学家凯文·特伦伯斯说。“由于冰融化和较暗的表面，可能会出现加速。但也可能巴黎[气候变化谈判]会带来一些好处，并且排放率开始有所下降。让我们希望如此。”
*更正于 2015 年 12 月 4 日：此句已更新，以反映末次盛冰期期间的正确降温幅度。