Klimatická variabilita zahrnuje všechny změny klimatu, které trvají déle než jednotlivé povětrnostní jevy, zatímco pojem klimatická změna se vztahuje pouze na změny, které přetrvávají po delší dobu, obvykle desítky let nebo déle. Klimatická změna se může vztahovat na jakékoli období v historii Země, ale tento pojem se dnes běžně používá k popisu současné klimatické změny, často označované jako globální oteplování. Od průmyslové revoluce je klima stále více ovlivňováno lidskou činností.
Klimatický systém získává téměř veškerou energii ze Slunce a vyzařuje energii do vesmíru. Rovnováha příchozí a odchozí energie a průchod energie klimatickým systémem představuje energetickou bilanci Země. Pokud je příchozí energie větší než odchozí energie, je energetická bilance Země kladná a klimatický systém se otepluje. Pokud odchází více energie, je energetická bilance záporná a Země se ochlazuje.
Energie, která prochází klimatickým systémem Země, se projevuje v počasí, které se liší v geografickém měřítku a v čase. Dlouhodobé průměry a proměnlivost počasí v určitém regionu tvoří jeho klima. Tyto změny mohou být výsledkem vnitřní proměnlivosti, kdy přírodní procesy vlastní různým částem klimatického systému mění rozložení energie. Příkladem může být proměnlivost v oceánských pánvích, jako je Pacifická dekádová oscilace a Atlantická multidekádová oscilace. Proměnlivost klimatu může být také důsledkem vnějších vlivů, kdy události mimo složky klimatického systému přesto způsobují změny v systému. Příkladem jsou změny slunečního záření a vulkanismus.
Změny klimatu mají důsledky pro změny hladiny moří, život rostlin a hromadná vymírání; ovlivňují také lidskou společnost.
Terminologie
Proměnlivost klimatu je termín popisující změny průměrného stavu a dalších charakteristikách klimatu (jako je pravděpodobnost nebo možnost extrémního počasí atd.). „ve všech prostorových a časových měřítcích kromě jednotlivých povětrnostních událostí.“ Zdá se, že část variability není způsobena známými systémy a vyskytuje se ve zdánlivě náhodných časech. Taková variabilita se nazývá náhodná variabilita nebo šum. Na druhou stranu periodická variabilita se vyskytuje relativně pravidelně a v odlišných režimech variability nebo klimatických vzorců.
Termín změna klimatu se často používá konkrétně k označení antropogenní změny klimatu. Antropogenní změna klimatu je způsobena lidskou činností, na rozdíl od změn klimatu, které mohly být důsledkem přírodních procesů na Zemi. Globální oteplování se stalo dominantním populárním termínem v roce 1988, ale ve vědeckých časopisech se globální oteplování vztahuje ke zvýšení povrchové teploty, zatímco změna klimatu zahrnuje globální oteplování a vše ostatní, co ovlivňuje zvyšující se hladiny skleníkových plynů.
Příbuzný termín klimatická změna byl navržen Světovou meteorologickou organizací (WMO) v roce 1966, aby zahrnoval všechny formy klimatické proměnlivosti v časovém měřítku delším než 10 let, ale bez ohledu na příčinu. Během 70. let 20. století termín změna klimatu nahradil klimatickou změnu a zaměřil se na antropogenní příčiny, protože se ukázalo, že lidská činnost má potenciál drasticky změnit klima. Změna klimatu byla začleněna do názvu Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) a Rámcové úmluvy OSN o změně klimatu (UNFCCC). Změna klimatu se nyní používá jak jako technický popis procesu, tak jako podstatné jméno používané k popisu problému.
Příčiny V nejširším měřítku určuje rovnovážnou teplotu a klima Země rychlost, s jakou je energie přijímána ze Slunce, a rychlost, s jakou je ztrácena do vesmíru. Tato energie je rozváděna po celé zeměkouli větry, oceánskými proudy a dalšími mechanismy, které ovlivňují podnebí v různých oblastech.
Faktory, které mohou ovlivňovat klima, se nazývají klimatické vlivy nebo „mechanismy ovlivňující klima“. Patří mezi ně změny slunečního záření, změny oběžné dráhy Země, změny v odrazivosti (tzv. albedo) kontinentů, atmosféry a oceánů, dále horotvorné procesy, kontinentální drift a změny koncentrace skleníkových plynů. Vnější vlivy mohou být buď antropogenní (např. zvýšené emise skleníkových plynů a prachu), nebo přirozené (např. změny slunečního záření, oběžné dráhy Země, sopečné erupce). Existuje celá řada zpětných vazeb změny klimatu, které mohou buď zesílit, nebo zeslabit původní vlivy. Existují také klíčové prahové hodnoty, jejichž překročení může způsobit rychlou nebo nevratnou změnu.
Některé části klimatického systému, jako jsou oceány a ledovce, reagují na klimatické vlivy pomaleji (např. na změny teploty atmosféry v jejich okolí) pomaleji, zatímco zemský povrch a atmosféra reagují na teplotní změny jejich okolí rychleji. Příkladem rychlé změny je ochlazení atmosféry po sopečné erupci, kdy sopečný popel odráží sluneční světlo. Teplotní roztažnost oceánské vody po atmosférickém oteplování je pomalá a může trvat tisíce let. Je také možná kombinace, např. náhlá ztráta albeda v Severním ledovém oceánu při tání mořského ledu, následovaná postupnější tepelnou expanzí vody.
Proměnlivost klimatu může nastat také v důsledku vnitřních procesů. Vnitřní nenásilné procesy často zahrnují změny v distribuci energie v oceánu a atmosféře, například změny v termohalinní cirkulaci.
Vnitřní variabilita náhled|upright=1.35 |Existuje sezónní variabilita v tom, jak nové rekordy vysokých teplot překonaly nové rekordy nízkých teplot. (change "202310" in URL to see years other than 2023, and months other than 10=October) Klimatické změny způsobené vnitřní proměnlivostí se někdy vyskytují v cyklech nebo oscilacích. U jiných typů přirozených klimatických změn nemůžeme předvídat, kdy k nim dojde; takové změny se považují za náhodné neboli stochastické. Z hlediska klimatu lze počasí považovat za náhodné. Pokud je v určitém roce málo oblačnosti, dochází k energetické nerovnováze a oceány mohou absorbovat dodatečné teplo. Díky klimatické setrvačnosti se tento signál může „uložit“ v oceánu a projevit se jako proměnlivost v delším časovém měřítku než původní poruchy počasí. Pokud jsou poruchy počasí zcela náhodné a vyskytují se jako bílý šum, setrvačnost ledovců nebo oceánů je může transformovat do klimatických změn, kdy oscilace s delší dobou trvání jsou zároveň většími oscilacemi, což je jev nazývaný červený šum. Mnoho klimatických změn má náhodný i cyklický aspekt. Toto chování se nazývá stochastická rezonance. Polovinu Nobelovy ceny za fyziku za rok 2021 získal Klaus Hasselmann společně se Syukuro Manabe za související práci v oblasti modelování klimatu.
Proměnlivost oceánu a atmosféry Oceán a atmosféra mohou působit společně a spontánně vytvářet vnitřní proměnlivost klimatu, která může přetrvávat roky až desetiletí. Tyto výkyvy mohou ovlivnit globální průměrnou teplotu povrchu přerozdělováním tepla mezi hlubokým oceánem a atmosférou a/nebo změnou rozložení mraků/vodní páry/mořského ledu, což může ovlivnit celkový energetický rozpočet Země.
Oscilace a cykly náhled| upright=1.25|Barevné pruhy ukazují, jak roky El Niño (červená, regionální oteplování) a roky La Niña (modré, regionální ochlazení) souvisejí s celkovým globálním oteplováním. El Niño–jižní oscilace byla spojena s variabilitou dlouhodobého globálního průměrného nárůstu teploty. Klimatická oscilace nebo klimatický cyklus je jakákoli opakující se cyklická oscilace v rámci globálního nebo regionálního klimatu. Jsou kvaziperiodické (ne dokonale periodické), takže Fourierova analýza dat nemá ve spektru ostré vrcholy. Bylo zjištěno nebo předpokládáno mnoho oscilací na různých časových škálách:
El Niño-Jižní oscilace (ENSO) – rozsáhlé střídání teplejších (El Niño) a chladnějších (La Niña) teplot povrchu tropických moří v Tichém oceánu s celosvětovými účinky. Jedná se o samoudržující se oscilaci, jejíž mechanismy jsou dobře prozkoumány. ENSO je nejvýznamnějším známým zdrojem meziroční proměnlivosti počasí a klimatu na celém světě. Cyklus se objevuje jednou za dva až sedm let, přičemž El Niño trvá v rámci dlouhodobějšího cyklu devět měsíců až dva roky. Studený jazyk rovníkového Tichého oceánu se neotepluje tak rychle jako zbytek oceánu, a to kvůli zvýšenému vzestupnému proudění studených vod u západního pobřeží Jižní Ameriky. Maddenova–Julianova oscilace (MJO) – významná vysokofrekvenční oscilace podmínek v troposféře v tropické oblasti, která se nejvýrazněji projevuje v zonální složce cirkulace v mezní vrstvě atmosféry a v horní troposféře. Vyskytuje se hlavně nad Indickým oceánem a nad západní částí rovníkového Tichého oceánu. Perioda MJO se pohybuje mezi 30 a 60 dny. Severoatlantická oscilace (NAO) – oscilace spočívající v současném kolísání intenzity islandské cyklony a azorské anticyklony; toto kolísání je kvantifikováno pomocí indexu severoatlantické oscilace. Při kladné fázi oba útvary zintenzivní, což vede k nárůstu horizontálního tlakového gradientu mezi nimi a tím i k zesílení zonální cirkulace nad severním Atlantikem; při záporné fázi dochází k zeslabení tohoto uspořádání Kvazidvouletá oscilace (QBO) – oscilace projevující se střídáním směru zonálního větru ve stratosféře s periodou cca 28 měsíců. Uplatňuje se v centrální části tropického pásma (cca mezi 15° sev. a již. šířky), směrem k obratníkům její amplituda klesá. Pacifická stoletá oscilace – tento termín označuje hypotetickou klimatickou oscilaci v Tichém oceánu na časové škále přibližně jednoho století, kterou předpovídají některé klimatické modely. Má podobnosti s jevy jako El Niño nebo La Niña, ale probíhá na mnohem delší časové škále. Pacifická dekádová oscilace (PDO) – „typická změnami teploty povrchu moře a tlaku vzduchu v severním Tichomoří a ovlivňující kolísání klimatu Severní Ameriky v chladné části roku.“ „Jednotlivé fáze PDO trvají několik desetiletí. Kladná (teplá) fáze se vyznačuje chladnější vodou v centrální části severního Tichého oceánu a teplejší vodou při pobřeží Severní Ameriky, při záporné (studené) fázi je tomu naopak. Kolísání teploty mořské vody souvisí s periodickými změnami aleutské cyklony, jejíž prohloubení při kladné fázi PDO provází kladná anomálie tlaku vzduchu nad pevninskou částí USA.“ Interdekadální pacifická oscilace (IPO) – proměnlivost v Tichém oceánu v celé pánvi s periodou mezi 20 a 30 lety. Atlantická multidekádní oscilace (AMO) – „nízkofrekvenční oscilace podmínek v severním Atlantiku (od rovníku po 70. rovnoběžku) projevující se výkyvy teploty povrchu moře s periodou cca 60 až 80 let a průměrnou amplitudou mezi teplou a chladnou fází cca 0,5 °C. Tato oscilace se projevuje kolísáním klimatu především v Evropě a severní Americe. Teplým fázím AMO, z nichž zatím poslední začala v druhé polovině 90. let 20. století, se připisují mj. častější a intenzivnější sucha na středozápadě USA nebo větší četnost silných hurikánů v severním Atlantiku.“ Severoafrické klimatické cykly – klimatické výkyvy způsobené severoafrickým monzunem s periodou desítek tisíc let. Arktická oscilace (AO) – projevující se kolísáním tlaku vzduchu v Arktidě oproti subtropickému pásu vysokého tlaku vzduchu. Při záporné fázi je v polární troposféře tlak vzduchu nadnormální, což vede k zeslabení cirkumpolárního víru a umožňuje pronikání studeného vzduchu do nižších zeměp. šířek, kde se naopak vyskytují záporné anomálie tlaku vzduchu. Při kladné fázi AO je tlak vzduchu podnormální v Arktidě a nadnormální v subtropech.