Jos on olemassa yksi asia, josta ilmastokeskustelun kaikki osapuolet ovat samaa mieltä, se on se, että ilmasto on menneisyydessä muuttunut luonnollisesti. Planeettamme on käynyt läpi useita lämpenemis- ja kylmenemisjaksoja jo kauan ennen teollista aikakautta. Jotkut ovat päätelleet tästä, että jos maanlaajuiset läämpötilat ovat muuttuneet luonnollisista syistä menneisyydessä - kauan ennen katumaastureita ja plasmatelevisioita - täytyy luonnollisten syiden olla myös nyt havaitun globaalin lämpenemisen taustalla. Tämä johtopäätös on aivan päinvastainen kuin mihin vertaisarvioitu tiede on päätynyt.

Ilmastoamme hallitsee seuraava periaate: kun lämpövuo maahan kasvaa, globaali lämpötila nousee. Sama toimii myös toisin päin, eli kun lämpövuo maahan pienenee, lämpötila laskee. Kuvitelkaamme tilanne, jossa planeettamme on positiivisessa lämpövuon epätasapainossa. Lämpöä tulee säteilyn muodossa maahan enemmän, kuin sitä säteilee maasta pois. Tästä muutoksesta yläilmakehän lämpövuossa käytetään nimitystä säteilypakote. Kun maahan kohdistuu positiivinen säteilypakote, se kerää lämpöä ja lämpötila nousee (ei toki monotonisesti, koska maan sisäinen vaihtelevuus aiheuttaa kohinaa tähän signaaliin).

Kuinka paljon lämpötila sitten nousee tietyn suuruisen säteilypakotteen seurauksena? Tämän kertoo planeettamme ilmastoherkkyys. Mitä herkempi ilmastomme on, sitä suurempi on myös muutos lämpötilassa. Yleisimmin käytetty tapa ilmoittaa ilmastoherkkyys on kertoa, kuinka paljon globaali lämpötila nousee, jos hiilidioksidipitoisuus kaksinkertaistetaan. Mitä tämä tarkoittaa? Energiamäärä, jonka hiilidioksidi absorboi, voidaan laskea aallonpituus aallonpituudelta säteilyfysiikan avulla. Nämä tulokset ovat myös kokeellisesti vahvistettuja maanpäällisten- ja satelliittimittausten avulla. Hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistumisesta aiheutuva säteilypakote on 3,7 W/m2 (IPCC AR4 luku 2.3.1).

Siispä kun puhutaan ilmaston herkkyydestä hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistumiselle,
puhutaan oikeastaan globaalin lämpötilan muutoksesta 3,7 W/m2 säteilypakotteen seurauksena. Tämän pakotteen ei välttämättä tarvitse johtua hiilidioksidipitoisuuden
muutoksesta. Se voi johtua mistä tahansa tekijästä, joka aiheuttaa muutoksen maan lämpövuohon.

Kuinka paljon ilmasto sitten lämpenee, jos hiilidioksidipitoisuus kaksinkertaistuu? Jos ilmastossamme ei olisi palautetekijöitä, lämpötila nousisi 1,2 C (Lorius 1990).
Ilmastossamme kuitenkin on sekä positiivisia että negatiivisia palautetekijöitä. Voimakkain positiivinen palautetekijä on vesihöyry. Kun lämpötila nousee, myös ilmakehässä olevan vesihöyryn määrä kasvaa. Koska vesihöyry on kasvihuonekaasu, sen määrän kasvu johtaa taas lämpenemiseen, joka johtaa taas vesihöyryn määrän nousuun ja niin edelleen. Ilmastossa on myös negatiivisia palautetekijöitä - enemmän vesihöyryä ilmassa voi
periaatteessa johtaa pilvisyyden lisääntymiseen, jolla olisi viilentävä vaikutus, koska pilvet heijastavat auringon valoa.

Mikä on kokonaisvaikutus? Ilmastoherkkyys voidaan laskea empiirisistä havainnoista. Täytyy vain löytää ajanjakso, jolta tunnemme sekä lämpötilan muutokset että muutokset kaikissa pakotteissa, jotka tuon lämpötilan muutoksen saivat aikaan. Kun tiedämme lämpötilan ja säteilypakotteiden muutokset, voimme laskea ilmastoherkkyyden. Kuvassa 1 esitetään yhteenveto vertaisarvioiduista tutkimuksista, joissa ilmastoherkkyys on laskettu historiallisten tietojen perusteella (Knutti & Hegerl 2008).

Kuva 1: Jakautumat ja vaihteluvälit eri menetelmillä saaduille arvioille ilmastoherkkyyden suuruudesta. Ympyrät osoittavat todennäköisimmän arvon. Ohuet värilliset viivat osoittavat hyvin todennäköisen välin (yli 90% todennäköisyys että ilmastoherkkyys on osoitetulla välillä). Paksut värilliset viivat osoittavat todennäköisiä välejä (yli 66% todennäköisyys). Katkoviivat merkitsevät vahvan ylärajan puutetta. Harmaa pystysuuntainen palkki merkitsee IPCC:n mukaan todennäköisiä arvoja (2:sta 4,5:een C) ja musta pystysuora viiva kuvaa IPCC:n mukaan todennäköisintä arvoa (3 C).

Monia arvioita on tehty perustuen ajanjaksoon, jolta on suoriin mittauksiin perustuvia lämpötilatietoja (esim. viimeisin 150 vuoden ajalta). Monet tutkimukset ovat käyttäneet lähtökohtana mitattuja maan ja meren pintalämpötilojen mittauksia sekä arvioita säteilypakotteille 1900-luvulla. Laskennassa on käytetty monia menetelmiä: yksinkertaisia ja vähän monimutkaisempia malleja, tilastollisia malleja ja energiatasapainomalleja. Ilmastoherkkyyttä on arvioitu myös satelliittimittauksista, jotka tarkkailevat maahan tulevan ja maasta lähtevän säteilyenergian erotusta.

Joissain viimeaikaisissa tutkimuksissa on analysoitu suurten tulivuoren purkausten aiheuttamia pakotteita 1900-luvulla ja vasteita niihin. Ilmastoherkkyyttä on myös arvioitu sekä viimeisen vuosituhannen rekonstruktion että noin 12000 vuotta sitten tapahtuneen viimeisimmästä jääkaudesta palautumisen perusteella.

Mitä tästä kaikesta voidaan päätellä? Ilmastoherkkyydelle on esitetty useita itsenäisiä arvioita, jotka perustuvat eri ajanjaksoihin, ilmaston eri aspekteihin sekä useihin erilaisiin analyyseihin. Kaikilla menetelmillä tehdyt analyysit antavat suurin piirtein johdonmukaisia vaihteluvälejä ja todennäköisimmän arvion, joka on lähellä kolmea astetta hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistumiselle.

Yhdistetty todistusaineisto viittaa, että ilmaston kokonaispalaute on selvästi positiivinen. Ei ole olemassa uskottavaa näyttöä, jonka mukaan paras arvio ilmastoherkkyydelle olisi joko hyvin suuri tai hyvin pieni.

Hiilidioksidipitoisuuden nousu on kerryttänyt lämpöä maahan. Hiilidioksidin aiheuttama säteilypakote on hyvin ymmärretty ja myös kokeellisesti vahvistettu. Ilmastoherkkyys kertoo, kuinka suureen globaalin lämpötilan muutokseen tämä säteilypakote johtaa.

Kun ilmastoskeptikot vetoavat menneisiin ilmastonmuutoksiin, on ironista, että he itse asiassa vetoavat todistusaineistoon suurehkolle ilmastoherkkyydelle ja positiiviselle kokonaispalautteelle. Suurempi ilmastoherkkyys merkitsee suurempaa vastetta hiilidioksidin säteilypakotteelle. Siten menneet ilmastonmuutokset todistavat, että ihmiset voivat muuttaa ilmastoa nyt.