mini|Energiproduksjon i Moskva. Utslipp av karbondioksid og andre forbrenningsgasser bidrar til klimapådriv på grunn av gassenes egenskaper ved absorpsjon av langbølget stråling. Klimagasser utgjør dagens viktigste bidrag til klimapådriv og påfølgende global oppvarming, men en rekke andre faktorer kan bidra både til oppvarming og nedkjøling av jordens klima. Klimapådriv, eller klimapådrag, er et samlebegrep for alle faktorer som kan medvirke til klimaendringer. Eksempler på slike påvirkninger er endringer av atmosfærens gassammensetning, forandringer i solstrålingen på grunn av solens energiomsetning, vulkanutslipp og endringer av jordens bane rundt solen. Dette er endringer som påvirker jordens strålingsbalanse, og omtales derfor også som strålingspådriv. Mange forskere mener at dagens globale oppvarming for en stor del har sammenheng med utslipp av karbondioksid (CO2), den er dermed en endring av strålingspådrivet, og kommer i kategorien for et menneskeskapt ytre klimapådriv. Klimapådriv som ikke innbefatter endring av strålingspådrivet har å gjør med havets og luftens strømninger. Her er det tektoniske prosesser som påvirker jordoverflaten som spiller inn, da først og fremst ved oppbygging av fjellkjeder og endring av verdenshavene (kontinentenes plassering). Endringer av jordens overflate i form av nye fjellkjeder og kontinentalforskyvning er endringer som tar svært lang tid. Enda en kategori av klimapådriv har å gjøre med indre klimapådriv, slik som er tilfelle med sykluser som El Niño.
Klimaet på jorden er avhengig av kompliserte gjensidige påvirkninger mellom atmosfæren, havet og jordoverflaten. Dette omfatter både fysiske, kjemiske og biologiske prosesser. Forholdet mellom et klimapådrag og effekten pådraget har på klimaet blir kalt klimafølsomhet. En prosess som påvirker klimaet og som samtidig endrer klimafølsomheten blir kalte en tilbakekoblingsmekanisme. Om denne tilbakekoplingen forsterker klimapådraget kalles det en positiv tilbakekopling, og om tilbakekoplingen reduserer klimapådraget omtales det som negativ tilbakekopling.
Definisjon og begrepsavklaring Klimapådriv deles inn i to hovedkategorier, ytre og indre klimapådriv. Ytre klimapådriv kan deles inn i naturlige, som vulkanutbrudd og endringer i solens stråling, eller menneskeskapte, som for eksempel økt CO2-konsentrasjon i atmosfæren eller endringer i arealbruk.
Klimapådriv kan klassifiseres etter om de påvirker med et strålingspådriv, direkte eller indirekte, eller ikke gjør det. Direkte strålingspådriv påvirker jordens strålingsbudsjett, slik som CO2 i atmosfæren som absorberer og avgir infrarød stråling. Indirekte strålingspådriv skaper en strålingsubalanse ved først å endre klimasystemkomponenter, som så i neste omgang fører til endringer i strålingsbudsjettet. Et eksempel på det siste er virkningen som aerosoler har på nedbørsintensiteten til skyer.
Klimapådriv som ikke påvirker strålingspådrivet forårsaker en klimaendring som innebærer en omfordeling av energi i klimasystemet, siden disse ikke direkte påvirker balansen mellom innkommende solstråling og utgående stråling fra jorden. Eksempler er svært langsomme endringer som påvirker jordoverflaten (hav og fjell ) og dermed påvirker havstrømmer og atmosfærens luftsirkulasjon.
Indre klimapådriv er de som finnes i klimasystemet selv, som El Niño og Kvasibiennal oscillasjon. Disse variasjonene påvirker den globale overflatetemperaturen ved endring av varmedistribusjon mellom havdypene og atmosfæren.
Et beslektet begrep er tilbakekoblingsmekanismer, som er prosesser i klimasystemet som enten kan forsterke eller svekke virkningen av klimapådrivet. Her er det en årsak og virkning sammenheng: Pådraget setter i gang klimaendringer, mens tilbakekoplingsmekanismene som regel bestemmer størrelsen på dem.
Indre klimapådriv Klimapådriv som ikke endrer strålingspådrivet virker vanligvis over en større tidsskala enn strålingspådriv. Mens strålingspådriv kan føre til merkbare endringer i løpet av noen tiår, har endringer som ikke innbefatter strålingspådrivet en tendens til å virke over større tidsskalaer. Dette er fordi de er relatert til geologiske prosesser som endrer jordens overflate i form av dannelse av fjellkjeder og endring av havområder.
Klimasystemets sykluser mini|El Niño-betingelser kjennetegnes med at varme vannmasser nærmer seg den søramerikanske kysten. Fravær av kald oppkomme av vann øker oppvarming. Illustrasjon: National Oceanic and Atmospheric Administration
El Niño er den varme og negative fasen av en klimasyklus som kalles El Niño-sørlige oscillasjon, og kjennetegnes ved en oppvarming av havflaten, eller at temperaturer i sjøoverflaten ligger over gjennomsnittet, i enten det sentrale eller østlige tropiske Stillehavet. Denne oppvarmingen forårsaker et skifte i den atmosfæriske sirkulasjonen med redusert nedbør over Indonesia og Australia, mens nedbør og tropisk syklonformasjoner øker over det tropiske Stillehavet. De lave passatvindene, som normalt blåser fra øst til vest langs ekvator, svekkes eller begynner å blåse fra den andre retningen.
I tillegg til El Niño fines det en rekke andre sykluser i klimasystemet, blant annet den kvasibiennale oscillasjonen og den Nordatlantisk oscillasjon. Dette er eksempler på at klimaet i sin natur er variabelt og kan endres selv om det ikke er noen ekstern pådriv tilstede. En uforstyrret forandring ville være en type naturlig omskifting som El Nino. El Nino har en tendens til å forårsake atmosfærisk oppvarming fordi det transporteres varme fra havet tilbake i atmosfæren. Dette skjer selv om det ikke er noen endring av strålingspådrivet eller annet ekstern pådriv.
Ytre klimapådriv De ytre klimapådrivene er de som endrer jordens klimatilstand. De kan være naturlige som vulkanutbrudd, solens varierende utstråling og jordens planetbevegelser, eller menneskeskapte som endringene som har skjedd i atmosfærens gassammensetning siden den industrielle revolusjon.
Strålingspådriv mini|Jordens energibudsjett med innkommende og utgående stråling. Alle verdiene er vist i W/m². Energibalansen bestemmer jordens klima, og figuren viser at netto absorbert energi til jorden er 0,6 W/m². For at jordens temperatur skal være stabil må denne energibalansen være 0.
Om klimaet på jorden er i en stabil tilstand vil netto solinnstråling ved atmosfærens ytre grense være lik varmestrålingen fra jorden og ut til verdensrommet. Denne balansen kan imidlertid ikke oppstå på ethvert sted og til enhver tid. For eksempel vil områdene ved Nord- og Sørpolen avgi mye mer varmestråling om vinteren enn det som mottas som solstråling. Det som er av betydning er en balanse over hele jordkloden som et gjennomsnitt over noen år.
Ved en ubalanse med oppvarming av jorden vil solstrålingen være større enn utstrålt energi, altså en ubalanse som gir strålingspådriv. Klimasystemet vil gjenopprette en ny balanse ved endring av klimaet, noe som forårsaker en temperaturøkning. Denne temperaturendringen fører til endring av varmestrålingen ut til verdensrommet, men etter en viss tid vil balansen for inn- og utgående energi bli gjenopprettet. På vei mot en ny balanse kan imidlertid klimasystemet blir endret, for eksempel ved at sirkulasjonene i havet og atmosfæren forandres.
Tiden det tar for å oppnå strålingsbalanse, og stabilt nytt klima, er i stor grad bestemt av den store varmekapasiteten og langsomme sirkulasjon til havet. Om jorden ikke hadde hav og årstidsvariasjoner og dersom vegetasjon, snø- og isdekke ikke endret seg, ville en plutselig endring av strålingsbalansen ført til en ny stabil balanse i løpet av kort tid. I dette hypotetiske tilfellet ville klimaendringene vært mer eller mindre over i løpet av noen måneder. I den virkelige verden vil derimot utbredelse av snø og sjøis, havets virkning, og endringer av vegetasjon og innlandsis bety at endringene tar meget lang tid.
Vulkanutbrudd Store vulkanutbrudd kan sende ut store mengder støv og svoveldioksid i stratosfæren. Disse stoffene kan ha en oppholdstid på flere år og spre seg ut i hele jordens atmosfære. En har kjennskap til disse hendelsene på grunn av iskjerneprøver fra Antarktis og Grønland som går minst tilbake i tiden. En kjenner til at slike hendelser kan senke den globale temperaturen mellom 0,5 og året etter utbruddet.
Variasjon i solens energiutsending mini|Koronamasseutbrudd på solens overflate. Solens sykluser, og da spesielt solflekkaktivitet påvirker jordens klima.
Strålingspådriv er en endring i balansen mellom innkommende solstråling og utgående infrarød stråling (altså varme). Uten noe strålingspådriv vil solstråling som kommer til jorden fortsette å være omtrent lik den infrarøde strålingen som sendes ut fra jorden.
Det viktigste klimapådrivet er strålingspådraget som er styrt av solstrålingen. Solens aktivitet har betydning for endringer av jordens klima, og det er da Solflekksyklusen som er relevant. Solflekksyklusen påvirker romvær og solens luminositet (elektromagnetisk utstråling). Solflekksyklusen har en grunnlegende periodisitet på rundt elleve år. Denne aktiviteten gir en variasjon på ± 1 Wm² for solens irradians, og enda større påvirkning av ultrafiolett stråling. En tror at solen har økt sin lysutstråling med rundt 30 % i den tiden jorden har eksistert, det vil si rundt fem milliarder år.
Solens aktivitetsminimum synes å korrelere med lavere temperaturer på jorden, og lengre enn gjennomsnittlige solflekksykluser synes å korrelere med høyere temperaturer. Fra 1400-tallet frem mot rundt 1850 var solflekksyklusen sterkt redusert. Perioden 1645–1715 er kjent som Maunder Minimum eller den lille istid, og Europa opplevde uvanlig lave temperaturer. Solens varierende utstråling ser ut til å ha påvirket jordens klima innenfor perioder på noen tiår, men at menneskeskapte klimapådriv fikk større betydning fra slutten av 1900-tallet.
Jordbanen Jordens bane rundt solen er elipseformet, hvilket vil si at banen kan beskrives av tre størrelser: gjennomsnittlig avstand mellom jorden og solen, eksentrisitet (uttrykker avviket fra ideell sirkulær bane) og orienteringen av planet jorden beskriver. Av disse parametrene er det avstanden til solen som har størst betydning for den solare energiflukstettheten (energi per tidsenhet per arealenhet). Jordaksehellingen, som er vinkelen mellom jordaksen og normalen til planet som jordbanen beskriver, har også betydning. Den serbiske matematikeren Milutin Milanković har beskrevet hvordan disse banene varierer med tiden og hvordan det påvirker variasjonen av solinnstråling mot jorden, kjent som Milanković-syklusene. Dette holdes som en grunnlegende mekanisme for at istider og varmeperioder oppstår.
Klimagasser mini|Drivhuseffekten vist skjematisk. mini|Menneskeskapte strålingspådriv pr. 2005 (i forhold til førindustrielt nivå).Fra IPCCs fjerde hovedrapport
Solstråling som passerer gjennom skyer, og som ikke reflekteres tilbake til verdensrommet, varmer opp jordens overflate. Den infrarøde strålingen (langbølget infrarødt, eller varmestråling) som oppstår fra jordoverflaten (terrestrisk stråling) sendes oppover og absorberes av skyer og klimagasser (CO2, metan (CH4), nitrogenoksid (N2O), et cetera). I neste omgang vil skyer og klimagasser stråle ut den mottatte energien som varmestråling oppover i verdensrommet og nedover (atmosfærisk tilbakestråling), derved oppvarmes jordens overflate. Jordens overflatetemperatur er 35 K varmere enn dens effektive svart legeme-temperatur, på grunn av tilstedeværelsen av skyer og drivhusgasser. Dette er det som kalles den naturlige drivhuseffekten. Økende konsentrasjoner av klimagasser forårsaker oppvarming, og omvendt vil en reduksjon betyr mindre oppvarming.