השנים 2020 ו-2016 הן השנים השנים החמות ביותר מאז תחילת המדידות בשנת 1880, ושבע השנים האחרונות ניצבות בראש רשימת שנים אלה. מאז אמצע שנות ה-70 מדובר בעליה של מעלת צלזיוס אחת.
בעקבות השפעתו הרבה של האדם על כדור הארץ, ובפרט על האקלים, יש שהציעו לקרוא לעידן בו חי האדם "עידן האנתרופוקן".
ב-23 בינואר 2020 הוזזו מחוגי שעון יום הדין ל-100 שניות לפני חצות, המיקום הקרוב ביותר לחצות מאז שנוצר השעון, בין היתר עקב מצב האקלים.
ב-9 באוגוסט 2021 פורסם דוח מיוחד של הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים של האו"ם שקבע חד משמעית ששינויי האקלים הם תוצאת מעשה ידי אדם. הדוח אף קבע כי התחממות נוספת היא בלתי נמנעת, וכי ניתן למנוע התחממות דרסטית אף יותר על ידי הפחתה ניכרת בפליטת גזי החממה.
טרמינולוגיה.
לאור הסכנה המתגברת כתוצאה משינויי האקלים, הודיע עיתון הגרדיאן על שימוש במונחים חלופיים ל־"שינוי האקלים". במקומו תינתן עדיפות למונחים "מצב חירום אקלימי", "משבר" או "קריסה". בנוסף, "התלהטות גלובלית" (global heating) תועדף על פני התחממות גלובלית (global warming). העורכת הראשית הסבירה: "המונח שינוי אקלים, למשל, נשמע פסיבי ועדין מידי בזמן שהמדענים מדברים על קטסטרופה לאנושות".
טמפרטורת כדור הארץ.
רקע: טמפרטורה עולמית ממוצעת.
הטמפרטורה על פני כדור הארץ משתנה ממקום למקום, בהתאם לזמן ביום, לפי עונות השנה ובהתאם לגובה מעל פני הים. עם זאת למדעני אקלים יש שיטות להאחדת מדידות הטמפרטורה ממקומות שונים ברחבי העולם כדי להגדיר טמפרטורה עולמית, שהיא הממוצע של הטמפרטורה על־פני כל כדור הארץ לאורך השנה. הנתונים נאספים מאלפי תחנות מטאורולוגיות, מצופים וספינות בעולם. התיעוד הארוך ביותר של מדידת טמפרטורה גלובלית מתחיל ב־1850, אז החלו להשתמש במדחומים כדי למדוד את הטמפרטורה העולמית באופן שיטתי. בנוסף למדידה ישירה באמצעות לוויינים, מדחומים וכו', שיטות כמו חציבת עמודי קרח בקרחונים, ניתוח של טבעות עצים, או תיארוך השכבות השונות של הקרח מאפשרות לשחזר את הטמפרטורה העולמית לאורך התפתחות כדור הארץ, עד טווח של מיליוני שנים לאחור.
ניתן לראות גם תנודות בטמפרטורה העולמית. באלף השנים האחרונות, למשל, ישנה התקופה החמה בימי הביניים המכונה "התקופה החמה של ימי הביניים", תקופה בה האקלים בצפון האוקיינוס האטלנטי, דרום גרינלנד, וחלקים מהאזור הארקטי ומצפון אמריקה התחמם. תקופה אחרת, של התקררות אירעה במאות ה-16–ה-19, הידועה בשם "עידן הקרח הקטן". אולם גם בתקופה החמה של ימי הביניים וגם בעידן הקרח הקטן התנודות היו אזוריות, ולא אירעה התחממות או התקררות גלובלית.
מדענים משתמשים בשיטות סטטיסטיות כדי להסיר השפעות של תופעות כמו אי חום עירוני, או שינויים בשיטות המדידה על הדיוק של מדידות הטמפרטורה.
מגמת ההתחממות.
על פי ה-NCDC (המרכז הלאומי לנתוני אקלים של ארצות הברית National Climatic Data Center), הטמפרטורה בים בשנת 2015 הייתה גבוהה מממוצע הטמפרטורה בשנים 1880–1900 ב-0.8 מעלות, ואילו הטמפרטורה ביבשה בשנת 2015 הייתה גבוהה מממוצע הטמפרטורה בשנים 1880–1900 בשיעור גבוה הרבה יותר של 1.8 מעלות. כל שבע השנים 2015–2021 היו חמות יותר מהשנים שקדמו להן מאז שנת 1850, שבה החלו המדידות של טמפרטורת כדור הארץ. מבין שנים אלו שתי השנים 2016 ו-2020 היו שנות השיא, כשהטמפרטורה שנרשמה בהן הייתה גבוהה מזו של שנת 2010, שהייתה שנת השיא לפני שנת 2015, ביותר משתי עשיריות המעלה.
דו"ח של הפנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים של האו"ם (IPCC) מעריך שהטמפרטורה העולמית הממוצעת עלתה ב-0.74 מעלות צלזיוס (עם רווח בר-סמך של ±0.18) בין 1906 ל-2005. הדו"ח קובע כי ההתחממות נובעת בעיקר מעלייה בריכוז גזי חממה באטמוספירה כתוצאה מפעילות אנושית. מגמת ההתחממות עד תחילת המאה ה-21 עוררה דאגה אצל קובעי מדיניות, שכן קצב ההתחממות נראה גבוה במיוחד. אם עליית הטמפרטורה תהיה על פי תחזיות המחמירים, עלול להתרחש שינוי אקלימי גדול. על פי התחזית המוצגת בדו"ח IPCC לשנת 2013, הטמפרטורה בסוף המאה ה-21 תהיה גבוהה יותר מהטמפרטורה הממוצעת בין השנים 1986–2005 בשיעור מזערי של שלוש עשיריות המעלה, ובשיעור מרבי של 4.8 מעלות. טווח התחזית הנרחב משקף הן את ההבדלים בין המודלים השונים המשמשים לחיזוי, והן את אי הוודאות בקשר לדפוסים העתידיים של פליטת גזי החממה. על פי הדפוס העתידי הסביר של פליטת גזי חממה (המכונה בדו"ח RCP4.5), הטמפרטורה בסוף המאה ה-21 תהיה גבוהה מהטמפרטורה הממוצעת בין השנים 1986–2005 בטווח שבין 1.1 מעלות ל-2.6 מעלות.
הטמפרטורה בחלק התחתון של הטרופוספירה עלתה בכ-0.12–0.22 מעלות צלזיוס בעשור מאז 1979.
תנודות במגמת ההתחממות האחרונה.
עליית הטמפרטורה איננה רציפה, וישנן תנודות קצרות טווח שמכסות על מגמות ארוכות טווח, ויכולות, באופן זמני, להסתיר את המגמה ארוכת הטווח או לגרום להפרזה בעוצמתה.
דוגמה לתקופה כזו היא השנים 1940–1975, בהן חלה יציבות יחסית בטמפרטורה. יציבות זו מיוחסת לעליה בריכוז אירוסולים גופרתיים באטמוספירה, שנגרמה מעליה בפעילות התעשייתית בסוף מלחמת העולם השנייה. דוגמה נוספת לתקופה כזו היא ההאטה בקצב עליית הטמפרטורה בשנים 1998–2012, שזכתה מידי התקשורת וכמה מדענים לכינוי "הפסקת ההתחממות העולמית". במהלך תקופה זו מאגר החום באוקיינוסים המשיך להתקדם כלפי מעלה ביציבות, ובשנים העוקבות טמפרטורת פני השטח עלתה בפתאומיות. את ההתקדמות האיטית של ההתחממות ניתן לייחס להתחממות והתקררות של האוקיינוס השקט כתוצאה משונות טבעית, כמו גם לאירועי אל-ניניו ולה-ניניה, פעילות שמשית נמוכה, ומספר של התפרצויות געשיות שהוסיפו חלקיקים מחזירי אור שמש לאטמוספירה.
על פי גאווין שמידט , היועץ הבכיר של נאס"א לענייני אקלים, אירועי מזג אוויר קיצוניים מקדימים לעיתים את המודלים.
רקע: אקלים כדור הארץ.
הטמפרטורה על פני כדור הארץ נובעת בעיקר ממאזן אנרגטי בין קרינה שמגיעה אל כדור הארץ מהשמש, נבלעת בו ומחממת אותו, לבין קרינה אלקטרומגנטית הנפלטת מכדור הארץ ומקררת אותו. הקרינה שמגיעה מהשמש פרושה על תחום רחב של אורכי גל, אך חלק גדול מעוצמתה הוא בתחום האור הנראה. לפיכך כמות הקרינה הנבלעת על ידי כדור הארץ מושפעת במידה רבה מצבע כדור הארץ כפי שהוא נראה מהחלל. ככל שכדור הארץ בהיר יותר כך יותר קרינה מפוזרת ממנו ואיננה נבלעת בו, וככל שהוא כהה יותר כך קרינה רבה יותר נבלעת בתוכו. הקרינה שנבלעת על ידי כדור הארץ הופכת לאנרגיית חום וגורמת לפליטה של אור באורכי גל תת-אדומים. קרינה זאת נפלטת בחלקה אל החלל אך בחלקה נבלעת באטמוספירה. מכאן שלאטמוספירה ישנו תפקיד כפול במאזן החום של כדור הארץ: מצד אחד היא שקופה לאור הנראה המגיע מהשמש, ומצד שני היא בולעת את הקרינה התת-אדומה הנפלטת מכדור הארץ. אפקט זה נקרא אפקט החממה.
לאפקט העמימות ולאפקט החממה ישנו תפקיד חשוב בקביעת הטמפרטורה של כדור הארץ. אטמוספירת כדור הארץ מורכבת ברובה מחנקן (78 אחוז) ומחמצן (21 אחוז) - ואולם לגזים אלו בליעה מועטה מאוד בתחום התת-אדום, ומשום כך גזים כבדים יותר, כמו פחמן דו-חמצני, אף שהם מהווים רק פחות מאחוז אחד באטמוספירה, אחראים לעיקר אפקט החממה - וקרויים משום כך 'גזי חממה'. מרכיב נוסף בעל חשיבות לקביעת הטמפרטורה הוא מים והצטברותם כעננים. למים תפקיד כפול בהיותם, מחד, גז חממה, אך מאידך גם מעלים את העמימות של כדור הארץ ובשל כך מנמיכים את הטמפרטורה שלו (כיוון שהם מפזרים את אור השמש ולא מאפשרים לו להגיע לפני כדור הארץ).
אחת השאלות החשובות במדעי האקלים היא האם הטמפרטורה של כדור הארץ יציבה ומה מידת יציבותה. הרכב האטמוספירה והטמפרטורה הם תוצאה של תהליכים רבים. חלק מתהליכים אלו הם תהליכים של משוב שלילי - כלומר, כאשר הטמפרטורה עולה, מתרחשים תהליכים המורידים את הטמפרטורה שוב, ולהפך - מצב המסייע בייצוב הטמפרטורה. דוגמה למשוב שלילי הוא תפקודם של העננים: ככל שהטמפרטורה עולה כך יותר מים מתאדים ויוצרים יותר עננים, שבשל אפקט העמימות מורידים את טמפרטורת כדור הארץ. חלק מהשינויים הם תהליכים של משוב חיובי, כלומר עלייה בטמפרטורה יוצרת תנאים הגורמים לטמפרטורה לעלות עוד יותר. משוב חיובי הופך את הטמפרטורה של כדור הארץ ליציבה פחות, כלומר מביא לשינויים חדים יותר בטמפרטורה העולמית.
גורמי התחממות כדור הארץ.
גזי חממה.
במאתיים וחמישים השנים האחרונות נצפתה עלייה בכמות של פחמן דו-חמצני ושל גזי חממה נוספים באטמוספירה, שהביאה להגברת אפקט החממה. דו"ח IPCC קובע כי פעילות אנושית היא המקור העיקרי לגידול בכמות גזי החממה, בעיקר כתוצאה משחרור גזים אלו לאוויר בעת שריפת דלקים מאובנים לצורך הפקת אנרגיה וכתוצאה מפעילות תעשייתית וחקלאית וכן כתוצאה משריפת ביומסה, בעיקר כחלק מבירוא יערות. שתי תצפיות מרכזיות קושרות את הגידול בכמות גזי החממה לפעילות האדם. התצפית הראשונה היא המתאם בין כמות פליטת גזי חממה ממקור אנושי בחמישים השנים האחרונות והעלייה בריכוז גזי חממה באטומיספירה. התצפית השנייה היא השינוי באיזוטופים יציבים של הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה, המצוינת בחותמת ברורה של שריפת דלקים מאובנים (אפקט סוס).
גזי חממה כמו פחמן דו-חמצני (CO2) ומתאן (CH4), אף שהם מהווים שבריר מכלל האטמוספירה (פחמן דו-חמצני כ-0.04 אחוז בלבד), הם בעלי תפקיד חשוב בקביעת הטמפרטורה של כדור הארץ, בזכות אפקט החממה. חוקרים מעריכים כי אלמלא נמצאו גזים אלו באטמוספירה הייתה הטמפרטורה הממוצעת על כדור הארץ נמוכה בכ-30 מעלות צלזיוס, ומערכות החיים הקיימות בו היום לא היו אפשריות.