気候感度

気候感度は気候科学における重要な指標であり、大気中の二酸化炭素（CO2 _）濃度が2倍になった場合に地球の表面がどれだけ温暖化するかを表します。^{[1] [2]正式な定義は、「大気中の二酸化炭素（} _CO2 ）濃度またはその他の放射強制力の変化に応じた表面温度の変化」です。^{[3] : 2223}この概念は、科学者が気候変動の影響の範囲と規模を理解するのに役立ちます。

地球の表面は、大気中の二酸化炭素の増加、および亜酸化窒素やメタンなどの他の温室効果ガスの濃度の増加の直接的な結果として温暖化しています_。気温の上昇は気候システムに二次的な影響を及ぼします。これらの二次的な影響は気候フィードバックと呼ばれます。自己強化フィードバックには、たとえば太陽光を反射する氷の融解や蒸発散の増加が含まれます。後者の影響により、平均大気中の水蒸気が増加しますが、それ自体が温室効果ガスです。

科学者たちは、これらの気候フィードバックがどの程度強力であるかを正確には知りません。したがって、温室効果ガス濃度の特定の増加によって生じる温暖化の正確な量を予測することは困難です。気候感度が科学的推定よりも高いことが判明した場合、地球温暖化を2°C（3.6°F）未満に抑えるというパリ協定の目標の達成はさらに困難になります。^[4]

気候感度には主に 2 種類あります。過渡的気候応答は、 _CO2レベルが 2 倍になったときに最初に地球温度が上昇する現象で、平衡気候感度は、地球が 2 倍に適応した後の長期的な温度上昇が大きくなります。気候感度は、1750 年代頃に産業革命が始まって以来の気温と温室効果ガスの濃度を直接調べる方法、地球の遠い過去からの間接的な測定値を使用する方法、気候をシミュレートする方法など、いくつかの方法で推定されます。

太陽光として地球に到達するエネルギーと宇宙への熱放射として地球から放出されるエネルギーの速度は均衡していなければなりません。そうでないと、惑星上の熱エネルギーの総量がいつでも増加または減少し、その結果、惑星全体が暖かくなったり寒くなったりします。入射する放射エネルギーと放射される放射エネルギーの速度の不均衡の原因は、放射強制力と呼ばれます。より暖かい惑星は宇宙への熱をより速く放射するため、最終的には新しいバランスが達成され、温度と蓄積エネルギー量が増加します。ただし、惑星の温暖化には連鎖反応もあり、フィードバックループを悪化させてさらに温暖化を引き起こします。気候感度は、一定量の放射強制力がどれだけの温度変化を引き起こすかの尺度です。^[5]

放射強制力は、一般的にワット/平方メートル（W/m ²）として定量化され、大気圏上端と定義される地球の最上層表面で平均化される。^[6] 強制力の大きさは物理的要因に固有のものであり、適用対象となる付随する時間範囲に対して相対的に定義される。 ^[7] 1750年から2020年までの長期気候感度への寄与の文脈では、大気中のCO
₂^{は、約+2.1 W/m 2}の強制力によって特徴付けられる。^[8] 地球のエネルギー不均衡（つまり、加熱/冷却率）への短期的な寄与の文脈では、関心のある時間間隔は、測定またはシミュレーションデータのサンプリング間隔と同じくらい短い可能性があり、したがって、より小さな強制値が伴う可能性が高い。このような調査からの強制力は、10年単位の時間スケールでも分析され、報告されている。^{[9] [10]}

放射強制力は、地球の気温の長期的な変化につながります。^{[11]放射強制力には、}温室効果による降下放射の増加、惑星の軌道の変化による太陽放射の変動、太陽放射照度の変化、エアロゾルによる直接的および間接的な影響（雲量によるアルベドの変化など）、土地利用の変化（森林伐採や反射氷の減少）など、さまざまな要因が寄与しています。^[6]現代の研究では、温室効果ガスによる放射強制力は十分に理解されています。2019年現在、エアロゾルについては大きな不確実性が残っています。^{[12] [13][アップデート]}

二酸化炭素（CO2 _）濃度は、産業革命期に人類が石炭などの化石燃料を大量に燃やし始めた18世紀の280 ppmから、2020年には415 ppm以上に上昇した。CO2_は温室効果ガスであるため、熱エネルギーが地球の大気圏から逃げるのを妨げる。2016年には、大気中のCO2_濃度は産業革命以前のレベルから45％増加し、非線形効果により、CO2の増加による放射強制力は_産業革命以前よりもすでに50％以上高くなっていた。^{[14] [注 1]} 18世紀の産業革命開始から2020年までの間に、地球の気温は1℃強（華氏約2℃）上昇した。^[15]

気候変動緩和の経済性は、カーボンニュートラルをどれだけ早く達成する必要があるかに大きく依存するため、気候感度の推定は、経済と政策立案に重要な意味を持つ可能性がある。ある研究では、過渡的気候応答（TCR）の値の不確実性を半分にすることで、数兆ドルを節約できる可能性があることが示唆されている。 ^[16]気候感度が高くなると気温の上昇がより劇的になるため、重大な気候対策を講じることがより賢明になる。^[17]気候感度が科学者の推定よりも高いことが判明した場合、地球温暖化を2℃を大幅に下回る水準に抑えるというパリ協定の目標は達成できず、気温上昇は少なくとも一時的にその限度を超えることになる。ある研究では、平衡気候感度（長期的な尺度）が3.4℃（6.1℉）より高い場合、排出量を2℃の目標を達成するのに十分な速さで削減することはできないと推定されている。 ^[4]気候システムが温室効果ガス濃度の変化に敏感であればあるほど、気温が長期平均よりもはるかに高いか低い数十年になる可能性が高くなる。^{[18] [19]}

_{大気中のCO2}濃度が産業革命以前の280 ppmから2倍になった場合の放射強制力は、1平方メートルあたり約3.7ワット（W/m ²）です。フィードバックがなければ、エネルギーの不均衡により、最終的には約1 °C（1.8 °F）の地球温暖化が発生します。この数値は、シュテファン・ボルツマンの法則^{[注2] [20]}を使用して簡単に計算でき、議論の余地はありません。^[21]

さらなる寄与は、自己強化型とバランス型の両方の気候フィードバックから生じます。^{[22] [23]}気候感度推定値の不確実性は、水蒸気フィードバック、氷アルベドフィードバック、雲フィードバック、減率フィードバックを含む気候システム内のフィードバックのモデル化に完全に起因します。^[21] バランスフィードバックは、より温暖な惑星から宇宙に放射されるエネルギーの速度を増加させることにより、温暖化に対抗する傾向があります。悪化フィードバックは温暖化を増大させます。たとえば、気温の上昇により氷が溶け、氷の面積と氷が反射する太陽光の量が減少し、その結果、宇宙に放射される熱エネルギーが減少します。気候感度は、これらのフィードバック間のバランスに依存します。^[20]

時間スケールに応じて、気候感度を定義する主な方法は2つあります。短期過渡気候応答（TCR）と長期平衡気候感度（ECS）です。どちらもフィードバックループの悪化による温暖化を組み込んでいます。これらは個別のカテゴリではなく、重複しています。大気中のCO2増加に対する感度は、_{大気中のCO2}濃度が2倍になったときの気温変化の量で測定されます。^{[24] [25]}

「気候感度」という用語は通常、大気中の CO2 の上昇によって引き起こされる放射強制力に対する感度に対して使用されますが_、これは気候システムの一般的な特性です。他の要因も放射不均衡を引き起こす可能性があります。気候感度は、放射強制力の単位変化あたりの地表気温の変化であり、したがって、気候感度パラメータ^{[注 3]は °C/(W/m 2} )の単位で表されます。気候感度は、放射強制力の理由が何であれ (温室効果ガスや太陽の変動など)、ほぼ同じです。^{[26]気候感度が、産業革命前のレベルの 2 倍の大気中の}_CO2レベルに対する温度変化として表される場合、その単位は摂氏(°C) です。

_{過渡的気候応答 (TCR) は、大気中の二酸化炭素濃度が年間1%}増加する「気候モデルシミュレーションにおける、大気中の二酸化炭素が倍増する時期を中心に 20 年間にわたって平均した地球の平均表面温度の変化」と定義されます。^[27]この推定値は、より短期的なシミュレーションを使用して生成されます。^{[28]過渡的応答は平衡気候感度よりも低くなります。これは、温度上昇を悪化させる遅いフィードバックが、大気中の}_{二酸化炭素}濃度の増加に完全に反応するのに時間がかかるためです。たとえば、深海は、摂動の後、新しい定常状態に達するまでに何世紀もかかります。摂動の間、深海はヒートシンクとして機能し続け、上層海を冷却します。^[29] IPCC の文献評価では、TCR はおそらく 1 °C (1.8 °F) から 2.5 °C (4.5 °F) の間であると推定されています。^[30]

関連する指標として、累積炭素排出量に対する過渡的気候応答（TCRE）がある。これは、1000 GtCのCO2が排出された後の地球全体の平均地表温度の変化である_。 [ ^31]そのため、これには強制力に対する温度フィードバックだけでなく、炭素循環と炭素循環フィードバックも含まれる。^[32]

平衡気候感度（ECS）は、大気中のCO ₂濃度（ΔT _{2× ）が2倍になった場合に予想される長期的な気温上昇（平衡}全球平均地表気温）である。これは、CO ₂濃度の増加が止まり、フィードバックのほとんどが十分な効果を発揮した後の新しい全球平均地表気温の予測である。CO ₂が2倍になってから平衡気温に達するまでには、数世紀、あるいは数千年かかることもある。ECSは、海洋の短期的な緩衝効果のため、TCRよりも高い。^[25] ECSの推定にはコンピュータモデルが使用される。^{[33]包括的な推定とは、モデル内の重要なフィードバックが地球の気温を変化させ続ける全期間（例えば、完全に平衡化した海洋温度）をモデル化するには、数千年をカバーするコンピュータモデルを実行する必要があることを意味する。しかし、それほど}計算負荷の高くない方法もある。^[34]

IPCC第6次評価報告書（AR6）では、ECSは2.5℃から4℃の範囲内にあり、最良の推定値は3℃であるという高い信頼性があると述べられている。^[35]

ECSは長期にわたるため、気候変動に関する政策決定にとってあまり適切な指標とは言えない。^[36]

ECS の一般的な近似値は、モデル内の気候システムまたはまだ平衡状態にない現実世界の観測データを使用して平衡気候感度を推定する実効平衡気候感度です。^[27]推定では、一定期間の温暖化後に測定されたフィードバックの純増幅効果がその後一定のままであると仮定しています。^[37]これは必ずしも真実ではありません。フィードバックは時間とともに変化する可能性があるためです。^{[38] [27]}多くの気候モデルでは、フィードバックは時間の経過とともに強くなるため、実効気候感度は実際の ECS よりも低くなります。^[39]

定義上、平衡気候感度には、氷床や植生の変化による地球のアルベドの長期的な変化など、出現するまでに数千年かかるフィードバックは含まれません。これには、やはり数千年かかる深海の温暖化のゆっくりとした反応が含まれるため、ECSは、CO2が産業革命前の値の2倍で安定した場合に発生する実際の将来の温暖化を反映していません_。 [ ^40]地球システム感度（ESS）には、最終氷期極大期に北半球の大部分を覆い、現在もグリーンランドと南極を覆っている大規模な大陸氷床の融解による地球のアルベドの変化など、これらのより遅いフィードバックループの影響が組み込まれています。植生の変化の結果としてのアルベドの変化や、海洋循環の変化も含まれます。^{[41] [42]}より長期的なフィードバックループにより、ESSはECSよりも大きくなり、おそらく2倍の大きさになります。 ESSの推定には、地球の地質学的歴史のデータが使用される。現代と昔の気候条件の違いにより、将来のESSの推定は非常に不確実である。^[43] ECSやTCRとは異なり、炭素循環はESSの定義に含まれていないが、気候システムの他のすべての要素が含まれている。^[44]

温室効果ガスやエアロゾルなどのさまざまな強制因子は、放射強制、つまり地球全体で平均した初期の放射不均衡を使用して比較できます。気候感度は、放射強制あたりの温暖化の量です。最初の近似では、放射不均衡の原因が温室効果ガスであるか他の何かであるかは関係ありません。ただし、 CO _{2以外の発生源からの放射強制は、 CO 2}からの同様の放射強制よりも、多少大きくまたは小さく表面温暖化を引き起こす可能性があります。フィードバックの量が変化する主な理由は、強制が地球全体に均一に分布していないためです。北半球、陸地、または極地を最初に温める強制​​は、地球全体により均一に分布している CO ₂からの同等の強制よりも、温度変化に対してより強く系統的に効果があります。これは、それらの地域に、氷アルベド フィードバックなどの自己強化型フィードバックがより多くあるためです。いくつかの研究は、人間が排出するエアロゾルは二酸化炭素よりも_地球の気温変化に大きな影響を与え、火山活動による強制力はそれほど大きくないことを示している。^{[45]過去の気温と強制力（エアロゾルと温室効果ガスの混合による）を使用して}_{二酸化炭素}強制力に対する気候感度を推定し、その影響を考慮に入れない場合、気候感度は過小評価される。^[46]

_{気候感度は、二酸化炭素}の倍増によって生じる短期または長期の気温変化と定義されていますが、地球の気候システムの感度は一定ではないという証拠があります。たとえば、地球には極地の氷と高高度の氷河があります。世界の氷が完全に溶けるまで、悪化する氷-アルベドフィードバックループにより、システム全体がより敏感になります。^[47]地球の歴史を通じて、複数の期間でほぼ地球全体が雪と氷で覆われていたと考えられています。ほとんどの「スノーボールアース」モデルでは、熱帯の一部は少なくとも断続的に氷に覆われていませんでした。氷が前進または後退すると、氷の面積の大きな変化が非常に強い氷-アルベドフィードバックをもたらしたため、気候感度は非常に高かったに違いありません。火山による大気の組成の変化は、スノーボール状態から脱出するために必要な放射強制力を提供したと考えられています。^[48]

第四紀（最近の258万年間）を通じて、気候は氷河期（最近のものは最終氷期極大期）と間氷期（最近のものは現在の完新世）の間を変動してきたが、この期間の気候感度を特定することは困難である。約5550万年前の暁新世-始新世温暖極大期は異常に暖かく、平均以上の気候感度を特徴としていた可能性がある。^[49]

転換点を超えると、気候感度はさらに変化する可能性がある。転換点が気候感度の短期的な変化を引き起こす可能性は低い。転換点を超えると、気候感度は、その転換点に達したサブシステムの時間スケールで変化すると予想される。特に、相互作用する複数の転換点がある場合、気候が新しい状態に移行するのを逆転させることは難しいかもしれない。^[50]

気候感度の最も一般的な2つの定義は、気候状態を特定するものである。ECSとTCRは、産業革命以前のCO2レベルに対する2倍の増加に対して定義されている。気候感度の潜在的な変化により、気候システムは、CO2が2倍になった後と1倍になった後で異なる量だけ温暖化する可能性がある_{。追加のCO2}が大気中に放出されてから1世紀以内では、気候感度の変化の影響は小さいか無視できると予想される。 ^[47]

気候感度は、観測された気温上昇、観測された海洋熱吸収、およびモデル化または観測された放射強制力を使用して推定できます。データは、気候感度を計算するために、単純なエネルギーバランスモデルを介してリンクされます。^[51]放射強制力は、それを測定する地球観測衛星が産業革命の一部（1950年代後半以降）にのみ存在していたため、モデル化されることがよくあります。これらの地球エネルギー制約を使用して計算された気候感度の推定値は、他の方法を使用して計算されたものよりも一貫して低く、約2°C（3.6°F）以下です。^{[51] [53] [ 54] [55]}

モデルと観測データから算出された過渡的気候応答（TCR）の推定値は、極地では気温の測定が少ないことを考慮すると、地球全体よりも急速に温暖化していることを考慮すれば、一致させることができる。測定値が利用可能な地域のみをモデルの評価に使用した場合、TCR推定値の差はごくわずかである。^{[25] [56]}

非常に単純な気候モデルでは、産業革命時代のデータ^[21]から気候システムが平衡に達するのを待ち、その結果生じる温暖化Δ T _eq (°C) を測定することで気候感度を推定できます。放射強制力Δ F (W/m ² ) と測定された温度上昇を使用して、平衡気候感度S (°C) を計算することができます。 CO ₂が倍増することで生じる放射強制力F _{2 CO 2 は}、約 3.7 W/m ²であることが比較的よく知られています。これらの情報を組み合わせると、次の式が得られます。 _{${\displaystyle \times }$}

${\displaystyle S=\Delta T_{eq}\times F_{2\times CO_{2}}/\Delta F}$。

しかし、実際の温暖化は平衡温暖化より遅れており、気候システムは平衡状態にありません。これは主に海洋が熱を吸収し、平衡に達するまでに数世紀または数千年かかるためです。^[21]産業革命時代のデータから気候感度を推定するには、上記の式を調整する必要があります。大気が感じる実際の強制力は、放射強制力から海洋の熱吸収H（W/m ²）を引いたものであり、気候感度は次のように推定できます。

${\displaystyle S=\Delta T\times F_{2\times CO_{2}}/(\Delta FH).}$

産業革命期の始まり（1750年とされる）から2011年までの世界の平均気温上昇は約0.85℃（1.53℉）であった。2011年には、18世紀以降に排出されたCO2やその他の長寿命温室効果ガス（主にメタン、亜酸化窒素、クロロフルオロカーボン）による放射強制力は_およそ2.8W / m2であった。^気候強制力ΔFには、太陽活動（+0.05W/m2）、エアロゾル（-0.9W/m2）、オゾン（+0.35W/m2）、およびその他のより小さな影響も含まれており^、 2014^年の^IPCC第5次評価報告書の最良の推定によると、産業革命期における総強制力は2.2W/m2となるが、かなりの^不確実性がある。^[57]同じ報告書では吸収量は0.42 W/m ²と推定されており、^[58]ではSの値は1.8 °C（3.2 °F）となる。

理論的には、産業革命時代の気温は気候システムの温度応答の時間スケール、ひいては気候感度を決定するためにも使用できる。 ^[59]気候システムの有効熱容量がわかっていて、測定された温度の自己相関を使用して時間スケールを推定すれば、気候感度の推定値を導き出すことができる。しかし、実際には時間スケールと熱容量を同時に決定することは困難である。^{[60] [61] [62]}

11年周期の太陽活動を利用して、過渡的な気候応答を制限しようとする試みがなされてきた。^[63] 太陽放射照度は太陽活動極大期の方が太陽活動極小期よりも約0.9 W/m ²高く、その影響は1959年から2004年にかけて測定された平均気温に見られる。 ^[64]残念ながら、この期間の太陽活動極小期は火山噴火と重なり、地球気温を冷却する効果がある。噴火は太陽放射照度の減少よりも大きく、定量化が難しい放射強制力の減少を引き起こしたため、観測された気温変動から有用な定量的結論を導き出せるかどうかは疑問である。^[65]

火山噴火の観測も気候感度を推定するために使われてきたが、一回の噴火によるエアロゾルは大気中に長くても2年しか残らないため、気候システムが平衡状態に近づくことはなく、エアロゾルが大気中にもっと長く留まっていた場合よりも冷却効果は少なくなる。したがって、火山噴火は一時的な気候感度の下限に関する情報しか与えない。 ^[66]

歴史的な気候感度は、地球の過去の気温と二酸化炭素_濃度の再構築を使用して推定できます。古気候学者は、温暖な鮮新世（530万年前から260万年前）や寒冷な更新世（260万年前から1万1700年前）などのさまざまな地質時代を研究し、^[67]現在の気候変動と何らかの形で類似している、または現在の気候変動について有益な情報となる時代を探しました。地球の歴史の中でさらに古い気候については、利用できるデータが少ないため、研究がより困難です。たとえば、過去の二酸化炭素_濃度は氷床コアに閉じ込められた空気から導き出すことができますが、2020年現在、最も古い連続した氷床コアの年齢は100万年未満です。^[68]最終氷期極大期（LGM）（約2万1000年前）や中期完新世（約6000年前）などの最近の時代は、特にそれらに関する情報がより多く利用可能になると、しばしば研究されます。^{[69] [70][アップデート]}

2007年に行われた、直近4億2000万年間のデータを用いた感度の推定は、現在の気候モデルの感度や他の決定と一致している。^[71]暁新世・始新世温暖極大期（約5550万年前）は、大量の炭素が大気中に放出され、地球の平均気温が約6℃（11℉）上昇した2万年間の期間であり、温暖な気候システムを研究する絶好の機会でもある。^{[72]過去80万年間の研究では、気候感度は間氷期よりも}氷期の方が高かったという結論が出ている。^[73]

名前が示すように、最終氷期極大期は現在よりはるかに寒く、その時期の大気中の CO2 濃度と放射強制力に関する良好なデータが入手可能である。_[ ^74]この時期の軌道強制力は現在とは異なっていたが、平均年間気温にはほとんど影響がなかった。^[75]最終氷期極大期からの気候感度の推定は、いくつかの方法で行うことができる。^[74] 1 つの方法は、地球全体の放射強制力と気温の推定値を直接使用すること。ただし、この時期に活動していたフィードバック メカニズムのセットは、現在の CO2 の倍増によって引き起こされるフィードバックとは異なる可能性があり_、 [ ^76]これにより、さらなる不確実性が生じる。^{[75] [77]}別のアプローチでは、中程度の複雑さのモデルを使用して、この時期の状況をシミュレートする。この単一のモデルの複数のバージョンが実行され、不確実なパラメーターに異なる値が選択され、各バージョンの ECS が異なります。LGM の観測された寒冷化を最もよくシミュレートした結果が、おそらく最も現実的な ECS 値を生み出す。^[78]

気候モデルは、過去だけでなく将来のCO2 による温暖化をシミュレートします_{。気候モデルは、}天気を予測する基礎モデルと同様の原理で動作しますが、より長期的なプロセスに焦点を当てています。気候モデルは通常、開始状態から始まり、物理法則と生物学に関する知識を適用して後続の状態を生成します。天気モデリングと同様に、地球全体の複雑さをモデル化する能力を持つコンピューターはないため、その複雑さを管理可能なレベルまで減らすために単純化が使用されます。重要な単純化は、地球の大気をモデルセルに分割することです。たとえば、大気は、1 辺が 10 キロメートルまたは 100 キロメートルの立方体の空気に分割される場合があります。各モデルセルは、均質であるかのように扱われます。モデルセルの計算は、空気の各分子を個別にシミュレートするよりもはるかに高速です。^[81]

モデルの解像度が低いほど（モデルセルが大きく、時間ステップが長いほど）、必要な計算能力は少なくて済みますが、大気をそれほど詳細にシミュレートすることはできません。モデルは、モデルセルよりも小さいプロセスや、1 つの時間ステップよりも短いプロセスをシミュレートすることはできません。したがって、小規模で短期的なプロセスの影響は、他の方法を使用して推定する必要があります。モデルに含まれる物理法則を簡略化して、計算を高速化することもできます。生物圏は気候モデルに含める必要があります。生物圏の影響は、モデル化された条件下での地域の平均的な植物群集の平均的な行動に関するデータを使用して推定されます。したがって、気候感度はこれらのモデルの出現特性です。これは規定されていませんが、モデル化されたすべてのプロセスの相互作用から生じます。^[25]

気候感度を推定するには、さまざまな放射強制力 (急速に倍増、徐々に倍増、または過去の排出量に従う) を使用してモデルを実行し、温度の結果を適用された強制力と比較します。異なるモデルでは気候感度の推定値が異なりますが、上記のように、同様の範囲内に収まる傾向があります。

気候システムのモデリングは、幅広い結果をもたらす可能性がある。物理法則と生物圏の挙動を近似するために、さまざまな妥当なパラメータを使用するモデルが実行されることが多く、これにより、各パラメータのさまざまな種類と量の変化に対する気候の感度をモデル化しようとする、摂動物理アンサンブルが形成される。あるいは、異なる機関で開発された構造的に異なるモデルを組み合わせて、アンサンブルを作成する。歴史的な気候の一部をうまくシミュレートできるシミュレーションのみを選択することで、気候感度の制約付き推定を行うことができる。より正確な結果を得るための1つの戦略は、一般的にうまく機能する気候モデルに重点を置くことである。^[82]

モデルは、観測、古気候データ、またはその両方を使用して、正確に再現されるかどうかテストされます。再現されない場合は、物理モデルとパラメータ化の不正確さが調べられ、モデルが修正されます。気候感度を推定するために使用されるモデルの場合、気候感度に直接的かつ物理的に関連する特定のテスト基準が求められます。そのような基準の例には、温暖化の地球規模のパターン、^[83]熱帯および亜熱帯で観測された相対湿度を再現するモデルの能力、^[84]熱放射のパターン、^[85]および長期的な歴史的温暖化周辺の気温の変動性などがあります。^{[86] [87] [88]}さまざまな機関で開発されたアンサンブル気候モデルは、3 °C (5.4 °F) よりわずかに高い ECS の制約付き推定値を生成する傾向があります。ECS が 3 °C (5.4 °F) をわずかに上回るモデルは、気候感度が低いモデルよりも上記の状況をより適切にシミュレートします。^[89]

複数のモデルの結果を比較・分析するためのプロジェクトやグループが数多く存在する。例えば、結合モデル相互比較プロジェクト（CMIP）は1990年代から実施されている。^[90]

19世紀、スヴァンテ・アレニウスは_{二酸化炭素}濃度の倍増による地球温暖化を初めて数値化した。この件に関する最初の論文では、_{二酸化炭素}の量が倍増した場合、地球の気温は約5～6℃（9.0～10.8℉）上昇すると推定した。その後の研究で、アレニウスはその推定値を4℃（7.2℉）に修正した。^[91]アレニウスはサミュエル・ピアポント・ラングレーによる満月の放射線の観測結果を用いて、水蒸気と二酸化炭素に_吸収される放射線量を推定した。水蒸気のフィードバックを考慮するため、アレニウスは地球温暖化下でも相対湿度は変わらないと仮定した。^{[92] [93]}

吸収スペクトルの詳細な測定を用いた最初の気候感度の計算、および大気中の放射伝達の数値積分にコンピュータを使用した最初の計算は、1967年に真鍋淑郎とリチャード・ウェザラルドによって行われました。 ^[94]湿度が一定であると仮定して、彼らは二酸化炭素濃度が2倍になるごとに2.3 °Cの平衡気候感度を計算し_、それを論文の要約で最も頻繁に引用される2 °Cに丸めました。この研究は「おそらく史上最高の気候科学論文」^[95]や「史上最も影響力のある気候研究」^{[96]と呼ばれています。}

1979年に米国科学アカデミーによって招集され、ジュール・チャーニーが委員長を務めた人為的地球温暖化に関する委員会^[97]は、平衡気候感度を3℃（5.4℉）、プラスマイナス1.5℃（2.7℉）と推定した。 1979年に利用可能だったモデルは、マナベとウェザラルドの推定値（2℃（3.6℉））、ジェームズ・E・ハンセンの推定値4℃（7.2℉）、そしてチャーニーのモデルだけだった。2004年にマナベが語ったところによると、「チャーニーは0.5℃を妥当な誤差範囲として選び、それをマナベの数値から引き、ハンセンの数値に加えた。その結果、1.5～4.5℃（2.7～8.1℉）の気候感度の範囲が生まれ、それ以降のあらゆる温室効果ガス評価でこの範囲が見られるようになった」という。 ^[98] 2008年に気候学者のステファン・ラームストルフは、「当時（それが公表されたとき）、チャーニー報告書の推定値の不確実性の範囲は非常に不安定だった。それ以来、世界中の多くの気候研究センターで大幅に改善されたモデルが数多く開発されてきた」と述べた。^[21]

地球の気候システムに関する理解はかなり進んだものの、1979年のチャーニー報告書の後もしばらくの間、評価では気候感度について同様の不確実性の範囲が報告され続けた。^{[101] 1990年に発表された}気候変動に関する政府間パネル（IPCC）の第一次評価報告書では、 _CO2の倍増に対する平衡気候感度は1.5〜4.5℃（2.7〜8.1℉）であり、「現在の知識に照らした最良の推測」は2.5℃（4.5℉）であると推定された。^{[102]この報告書では、}海洋ダイナミクスを簡略化したモデルが使用された。全海洋循環モデルを使用した1992年のIPCC補足報告書では、1990年の推定値を「変更する正当な理由はない」とされた。^[103] IPCC第2次評価報告書では、「[これらの推定値]を変更する強い理由は現れていない」と述べられている。 ^[104]報告書では、気候感度に関する不確実性の多くは、雲のプロセスに関する知識が不十分であることに起因しているとされている。2001年のIPCC第3次評価報告書でも、この可能性のある範囲が維持された。^[105]

2007年のIPCC第4次評価報告書^[99]の著者らは、平衡気候感度の推定値に対する信頼性は第3次年次報告書以降大幅に高まったと述べた。^[106] IPCCの著者らは、ECSは1.5℃（2.7℉）を超える可能性が非常に高く、2～4.5℃（3.6～8.1℉）の範囲にあり、最も可能性の高い値は約3℃（5.4℉）であると結論付けた。IPCCは、基本的な物理的理由とデータの制限により、4.5℃（8.1℉）を超える気候感度を排除することはできないが、可能性の高い範囲内での気候感度の推定値は、観測値や代理気候データとよりよく一致していると述べた。^[106]

2013年のIPCC第5次評価報告書では、産業革命時代のデータを用いた推定値の一部が低かったため、以前の1.5～4.5℃（2.7～8.1℉）の範囲に戻されました（高い信頼性）。^[25]また、報告書では、ECSが1℃（1.8℉）未満になる可能性は極めて低く（高い信頼性）、6℃（11℉）を超える可能性は非常に低い（中程度の信頼性）と述べられています。これらの値は、利用可能なデータと専門家の判断を組み合わせて推定されました。^[100]

2021年のIPCC第6次評価報告書に備えて、世界中の科学者グループによって新世代の気候モデルが開発された。^{[107] [108]} 27の全球気候モデルにわたって、より高い気候感度の推定値が生成されました。その値は1.8〜5.6°C（3.2〜10.1°F）に及び、そのうち10のモデルでは4.5°C（8.1°F）を超えました。^{[109] [110]}平衡気候感度の推定値は3.2°Cから3.7°Cに、過渡的気候応答の推定値は1.8°Cから2.0°Cに変更されました。^[111] ECSの増加の原因は、主に雲のモデリングの改善にあります。気温の上昇により低層雲の数が大幅に減少すると考えられており、低層雲が減るということは、より多くの太陽光が地球に吸収され、宇宙に反射される量が減ることを意味します。^{[111] [109] [112] [113]}

雲のシミュレーションに残された欠陥が過大評価につながった可能性がある。^[114]最も高いECS値を持つモデルは観測された温暖化と一致しなかったためである。^[115]モデルの5分の1が「ホットラン」し始め、地球温暖化により、もっともらしいと考えられているよりも大幅に高い気温が生じると予測した。^{[116] [117]}ホットモデルと呼ばれるこれらのモデルによると、最悪のシナリオでは、平均地球気温は2100年までに産業革命前の水準より5  ℃以上上昇し、^[118]人類社会に「壊滅的な」影響を与える。^[119]これに対し、経験的観測と物理モデルを組み合わせると、「非常に可能性が高い」範囲は2.3〜4.7℃であることが示される。気候感度が非常に高いモデルは、20世紀の温暖化や最終氷河期 の寒冷化など、既知の歴史的気候傾向を再現するのが苦手であることも知られている。^[117]これらの理由から、ホットモデルの予測は信じがたいものと考えられており、2022年にはIPCCによってあまり重視されなくなりました。^[114]

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