A változó éghajlat a Föld 4,6 milliárd éves története során mindig is normális volt. A Föld hőmérséklete és időjárási viszonyai természetes módon változnak, évtizedektől millió évekig terjedő időtartamokban. A felszíni éghajlat természetes változásainak két oka van. A légkör és az óceánok áramlásával kapcsolatos belső éghajlati ingadozások energiát, vizet és szén-dioxidot cserélnek a légkör, az óceánok, a szárazföld és a jég között. Az éghajlati rendszerre gyakorolt külső hatások közé tartoznak a Napból érkező energia változásai és a vulkánkitörések hatásai. Az emberi tevékenységek a földhasználat és a talajborítás változásain keresztül befolyásolják az éghajlatot. Az emberek a CO2 és más üvegházhatású gázok kibocsátásával, valamint a légkörben található aeroszolrészecskék koncentrációjának megváltoztatásával is módosítják a légkör összetételét.
A Földet a felszívott napfény melegíti, az űrbe sugárzott hő pedig hűti. A Föld felszínén átlagolva ezek a folyamatok mindegyike körülbelül 240 watt/négyzetméter (W/m2) teljesítményáramlást jelent. Amikor ezek egyensúlyban vannak, nincs nettó külső melegítő vagy hűtő hatás. Az éghajlatra gyakorolt emberi és természeti hatások egyaránt megváltoztatják ezt az egyensúlyt, és így az éghajlat változását okozzák.
A légkör felső rétegében a Föld energiaegyensúlyára gyakorolt hatásokat a „sugárzási kényszer” számszerűsíti, amely azt mutatja, hogy ezek milyen mértékben zavarják a felmelegedés/lehűlés egyensúlyát; a pozitív kényszer felmelegít, míg a negatív kényszer lehűti. Az IPCC becslései a sugárzási kényszer fő összetevőinek alakulásáról 1750 óta az AR6 következő két ábráján láthatók. 11 3.1.1. ábra:
Az IPCC becslései a sugárzási kényszer összetevőiről az idő függvényében. Az árnyékolás a bizonytalansági tartományokat jelzi. Forrás: AR6 WGI Ch2 10. ábra
Ezek a grafikonok azt mutatják, hogy a teljes sugárzási kényszer természetes és antropogén összetevőkből áll. A szén-dioxid az éghajlatra gyakorolt legnagyobb emberi hatás, és a fosszilis tüzelőanyagok használatának hatásával leginkább összefüggő tényező. A légkör hűtő hatásának csökkenésével melegítő hatást gyakorol. A CO2-kibocsátás a következő szakaszban leírtak szerint felhalmozódik a légkörben, így a melegítő hatása növekszik. Más üvegházhatású gázok (metán, dinitrogén-oxid, halogének és ózon) hasonlóan hatnak, jelenleg a CO2 melegítő hatásának további 75 százalékát adják. Az aeroszolok összességében hűtő hatást gyakorolnak, bár nagy bizonytalanság övezi azt, hogy miként katalizálják a fényvisszaverő felhők kialakulását. Ennek eredményeként a közelmúltbeli felmelegedés okainak megértéséhez nem csak a CO2 felmelegedési hatásának azonosítása szükséges, hanem az aeroszolok bizonytalanabb hűtő hatásának is.
Az IPCC a sugárzási kényszer változását elhanyagolhatónak értékeli, mivel olyan adatrekonstrukciókat részesít előnyben, amelyek minimális naptevékenység-változást feltételeznek az iparosodás előtti idők óta. Connolly és társai (2021) azonban tizenhat különböző, a szakirodalomban szereplő, 1600 és 2000 közötti időszakra vonatkozó teljes napsugárzás (TSI) rekonstrukciót vizsgáltak meg; a rekonstrukciók a TSI szinte változatlanságától a viszonylag nagy emelkedő tendenciáig terjednek. Ezek a szerzők megjegyzik, hogy a TSI rekonstrukciókban tapasztalható eltérések, valamint a felszíni hőmérséklet rekonstrukciókban tapasztalható eltérések együttesen olyan következtetéseket tesznek lehetővé, amelyek szerint a 20. századi felmelegedés vagy egyáltalán nem, vagy csak kis részben tulajdonítható a Napnak.
Különösen kényes kérdés a TSI-adatokban 1989 és 1991 között tapasztalható hiány, amely a Challenger űrsikló 1986. január 28-i katasztrófáját követő monitor indításának késedelméből adódik. Ez a késedelem megakadályozta, hogy egy helyettesítő műholdat időben indítsanak, amely átfedésben lett volna a korábbi rendszerrel, és amelynek méréseit kalibrálni lehetett volna az előző rendszerrel (Zacharias 2014, Scafetta et al. 2019). Ezt ACRIM (Active Cavity Radiometer Irradiance Monitor) hiányosság problémának nevezik. Az a kérdés, hogy 1978 és 2018 között emelkedő tendencia volt-e a TSI-ben, attól függ, hogy hogyan töltik ki az ACRIM-adatok hiányát. Connolly et al. (2021) megállapította, hogy az IPCC konszenzusos állásfoglalásai a napenergia-hatásról elhamarkodottan születtek, mivel elhallgatták az eltérő tudományos véleményeket.
Egy másik természetes sugárzási kényszerkomponens a vulkáni aeroszolok, amelyek időszakos hűtő hatást gyakorolnak. Az IPCC AR6 jelentés 4.1. keretes szövege a vulkánkitörések éghajlati hatásával foglalkozik, és három robbanásos vulkánkitörést említi, amelyek a 19. század első felében történtek. Ezek között volt az 1815-ös Tambora-kitörés, amely „nyár nélküli évhez” vezetett, és többszörös terméskiesést okozott az északi féltekén. Bizonytalanság övezi a 2022-ben kitört Hunga Tonga tengeralatti vulkán viszonylag kis erőhatásának előjelét (Jenkins et al. 2023, Schoeberl et al. 2024).
A 3.1.1. ábra azt mutatja, hogy az antropogén erőhatás komponense 1900 előtt elhanyagolható volt, azóta azonban folyamatosan nőtt, és ma már csaknem 3 W/m2-re emelkedett. Ez azonban még mindig csak a zavartalan sugárzási áramlás körülbelül 1 százaléka, ami megnehezíti az antropogén kényszer hatásának elkülönítését; a globális sugárzási energiaáramlás legkorszerűbb műholdas becslései csak néhány W/m2 pontossággal rendelkeznek.
A vulkánokon és a teljes napsugárzáson (TSI) kívüli globális energiaegyensúly természetes forrásai nem szerepelnek ezekben a grafikonokban, mert azok nagyrészt ismeretlenek maradnak.
