Кіріспе

Атмосферадағы көмірқышқыл газының концентрациясының өзгеруіне байланысты Жер температурасының өзгеруі. Климаттық сезімталдық – климат ғылымындағы маңызды өлшем, және атмосферадағы көмірқышқыл газының концентрациясы екі еселенген кезде Жер бетінің қаншалықты жылынатынын көрсетеді. Оның ресми анықтамасы: "Атмосферадағы көмірқышқыл газының (CO2) концентрациясының өзгеруіне немесе басқа сәулелік күшке (radiative forcing) жауап ретінде Жер бетінің температурасының өзгеруі". Бұл тұжырым ғалымдарға климаттың өзгеруінің масштабы мен күші туралы түсінуге көмектеседі. Жер бетінің жылынуы атмосферадағы көмірқышқыл газының артуының тікелей салдары, сондай-ақ азот оксиді және метан сияқты басқа да жылыжай газдарының концентрациясының жоғарылауынан болады. Температураның өсуі климат жүйесіне екіншілік әсерлер тудырады. Бұл екіншілік әсерлер климаттық кері байланыстар деп аталады. Өзін-өзі күшейтетін кері байланыстарға, мысалы, күн сәулесін шағылыстыратын мұздың еруі және буланудың жоғарылауы жатады. Соңғысы атмосферадағы су буының орташа мөлшерін арттырады, ал су буы өзі жылыжай газы болып табылады. Ғалымдар осы климаттық кері байланыстардың күші қаншалық екенін нақты білмейді. Сондықтан, жылыжай газдары концентрациясының артуынан қаншалықты жылыну болатынын болжау қиын. Егер климаттық сезімталдық ғылыми бағалаулардың жоғары шегіне жақын болса, онда Париж келісімінің мақсатына – жаһандық жылынуды белгілі бір деңгейден төмен ұстауға қол жеткізу қиын болады. Бұл тұжырымдық негіз экономикалық сыртқы факторларды бағалауға қолданылатын әдіске ұқсас.

Сәулеленуді мәжбүрлеу

Радиациялық күштілік әдетте шаршы метрге Ватт (Вт/м²) ретінде өлшеніп, атмосфераның жоғарғы бөлігі деп анықталған Жердің ең жоғарғы бетінде орташалайды. 1750 жылдан 2020 жылға дейінгі ұзақ мерзімді климаттық сезімталдыққа үлес қосу контекстінде, атмосферадағы 50%-дық өсім шамамен +2,1 Вт/м² күштілікпен сипатталады. Жердің энергиялық тепе-теңдігіне қысқа мерзімді үлес қосу тұрғысынан (яғни оның жылу/салқындау қарқыны), қызығушылық тудыратын уақыт аралықтары өлшемдер немесе модельдеу деректерінің жинақталу аралығындай қысқа болуы мүмкін, сондықтан олар көбінесе кіші күштілік мәндерімен сүйемелденеді. Мұндай зерттеулердегі күштіліктер онжылдық мерзімдерде де талданып, есептелген. Радиациялық күштілік жаһандық температураның ұзақ мерзімді өзгеруіне алып келеді. Радиациялық күштілікке бірқатар факторлар әсер етеді: парниктік эффектінен төмен түсетін сәулеленудің артуы, планета орбитасының өзгеруінен күн сәулесінің өзгеруі, күн сәулесінің қарқындылығының өзгеруі, аэрозольдердің тікелей және жанама әсерлері (мысалы, бұлт жамылғысынан альбедоның өзгеруі) және жерді пайдаланудағы өзгерістер (орманды кесу немесе жарық шағылыстыратын мұз жамылғысының жоғалуы). Қазіргі зерттеулерде парниктік газдардың радиациялық күштілігі жақсы түсінілген. 2019 жылға қарай аэрозольдерге қатысты үлкен белгісіздіктер сақталуда.

Басты сандар

Көмірқышқыл газының деңгейі 18 ғасырда, адамдар өнеркәсіптік революция кезінде көмір сияқты қазба отынды көп мөлшерде жаққан кезде, миллионға 280 бөліктен (ppm) 2020 жылға қарай 415 ppm-нен асып кетті. Көмірқышқыл газ жылуды ұстап тұратын газ болғандықтан, Жер атмосферасынан жылу энергиясының таралуына кедергі келтіреді. 2016 жылы атмосферадағы көмірқышқыл газының деңгейі өнеркәсіптік революцияға дейінгі деңгейден 45%-ға артты, ал көмірқышқыл газының артуынан туындаған радиациялық күш өнеркәсіптік революцияға дейінгі кезеңге қарағанда 50%-дан астам жоғары болды, себебі бұл сызықты емес әсерлерге байланысты. Өнеркәсіптік революцияның 18 ғасырда басталып, 2020 жылға дейін Жердің температурасы 1 градус Цельсийден (шамамен 2 градус Фаренгейт) сәл ғана жоғарылады.

Қоғамдық маңызы

Климаттың өзгеруін жеңілдету экономикасы көміртегінің бейтараптығына қаншалықты жылдам қол жеткізу қажеттігіне үлкен дәрежеде байланысты болғандықтан, климаттың сезімталдығын бағалау маңызды экономикалық және саясатты қалыптастыру салдарына ие болуы мүмкін. Бір зерттеуге сәйкес, уақытша климат жауабының (ТКЖ) мәнінің белгісіздігін екі есеге азайту триллиондаған доллар үнемдеуге мүмкіндік береді. Климаттың жоғары сезімталдығы температураның күрт өсуін білдіреді, бұл маңызды климаттық шаралар қабылдауды орынды етеді. Егер климаттың сезімталдығы ғалымдар бағалаған жоғарғы шекте болса, Париж келісімінің мақсаты – жаһандық жылынуды 2°C-тан айтарлықтай төмен ұстауға қол жеткізілмейді және температураның өсуі кем дегенде уақытша осы шектен асып кетеді. Бір зерттеу бойынша, тепе-теңдік климаттық сезімталдық (ұзақ мерзімді өлшем) жоғары болса, 2°C мақсатына жету үшін шығарылымдарды жеткілікті түрде тез қысқарту мүмкін емес. Климат жүйесі парниктік газдар концентрациясының өзгеруіне неғұрлым сезімтал болса, температураның ұзақ мерзімді орташа деңгейден әлдеқайда жоғары немесе төмен болатын ондаған жылдар болу ықтималдығы соғұрлым артады.

Түрлері

Уақыт шкаласына байланысты климаттық сезімталдықты анықтаудың екі негізгі жолы бар: қысқа мерзімдік өткінші климаттық жауап (TCR) және ұзақ мерзімдік тепе-теңдік климаттық сезімталдығы (ECS). Екеуі де кері байланыс тізбектерін күшейтуден туындайтын жылынуды қамтиды. Бұл екі түрлі санат емес, бірақ олар бір-бірімен толысады. Атмосфералық концентрацияның артуына сезімталдық, атмосфералық концентрация екі есе артқандағы температураның өзгеру мөлшерімен өлшенеді. Сондықтан ол °C/(Ватт/метр шаршы) бірліктерімен беріледі. Климаттық сезімталдық, радиациялық күштің себебіне қарамастан (мысалы, парниктік газдар немесе күннің өзгеруі) шамамен бірдей болады. Климаттық сезімталдық, атмосфералық деңгейдің өнеркәсіптік дәуірге дейінгі деңгейден екі есе артуына байланысты температураның өзгеруі ретінде көрсетілгенде, оның өлшем бірлігі Цельсий градусы (°C) болып табылады.

Климатқа уақытша қарсы әрекет

Уақытша климаттық реакция (ТКР) – атмосфералық концентрация жылына 1% өсетін климаттық модельдеуде атмосфералық көмірқышқыл газының концентрациясы екі есе артқан кездегі 20 жылдық кезеңде орташа алынған жаһандық жер беті температурасының өзгеруі ретінде анықталады. Уақытша реакция, температураның өсуін күшейтетін жайлап қалған кері байланыстар атмосфералық концентрацияның өсуіне толыққанды жауап беру үшін көбірек уақыт талап ететіндіктен, тепе-теңдік климаттық сезімталдықтан төмен болады. Мысалы, терең мұхиттың бұзылудан кейін жаңа тұрақты күйге жетуіне көптеген ғасырлар қажет, ол кезеңде ол жоғары мұхитты салқындататын жылуды сіңіруші ретінде жұмыс істей береді. IPCC әдебиеттеріндегі бағалаулар бойынша ТКР шамамен және аралығында болуы мүмкін. Бұған байланысты, күмулятивтік көміртек шығарылымдарына (TCRE) уақытша климаттық реакция да бар, ол 1000 ГтС көміртек шығарылғаннан кейін жаһандық жер беті температурасының өзгеруін көрсетеді. Осылайша, ол температураның күштеуге (forcing) кері реакциясын ғана емес, сонымен қатар көміртек айналымын және көміртек айналымының кері реакцияларын да қамтиды.

Тепе-теңдік климаттық сезімталдығы

Тепе-теңдіктегі климаттық сезімталдық (ECS) – атмосфералық концентрация екі есе артқанда (ΔT2×) күтілетін ұзақ мерзімді температураның өсуі (жақын жер бетіндегі ауа температурасының тепе-теңдіктегі жаһандық орташасы). Бұл концентрацияның өсуі тоқтағаннан және кері байланыстардың көп бөлігі толыққанды әсерін тигізгеннен кейін жақын жер бетіндегі ауа температурасының жаңа жаһандық орташа мәнін болжау. Концентрация екі есе артқаннан кейін тепе-теңдік температураға жету үшін ғасырлар, тіпті мыңжылдықтар қажет болуы мүмкін. ECS, мұхиттардың қысқа мерзімді әсер етуіне байланысты TCR-дан жоғары. Толыққанды бағалау, модельдеу кезінде жаһандық температураға әсер ететін маңызды кері байланыстардың барлық уақыт аралығын, мысалы, мұхит температурасын толық теңестіруді қамту үшін, мыңдаған жылдарды қамтитын компьютерлік модельді іске қосуды талап етеді. Дегенмен, аз есептеу ресурстарын қажет ететін әдістер де бар. IPCC-нің алтыншы бағалау есебінде (AR6) ECS-тің 2,5 °C мен 4 °C аралығында екендігіне жоғары сенімділікпен қарастырылады, ал ең жақсы бағасы 3 °C құрайды. ECS-ке қатысты ұзақ уақыт кезеңдері оны климаттың өзгеруіне байланысты саяси шешімдер үшін осымен аз маңызды өлшем деп санауға негіз береді.

Климатқа әсер етудің тиімділігі

ЭКШ-ға жиі қолданылатын жуықтау – тиімді тепе-теңдік климат сезімталдығы, ол модельде немесе әлі тепе-теңдікке қол жетпеген нақты әлемдегі бақылаулар бойынша климат жүйесінің деректерін пайдаланып, тепе-теңдік климат сезімталдығын бағалау болып табылады. Бұл бағалаулар, қандай да бір жылыну кезеңінен кейін өлшенген кері байланыстың күшейткіш әсері одан әрі өзгермейді деп есептейді. Бірақ бұл міндетті түрде дұрыс емес, себебі кері байланыс уақыт өте келе өзгеруі мүмкін.

Жер жүйесінің сезімталдығы

Мәні бойынша, тепе-теңдік климаттың сезімталдығына мыңжылдықтар бойы дамитын кері байланыстар кірмейді, мысалы, мұздықтар мен өсімдік жамылғысындағы өзгерістерден туындаған Жердің альбедосындағы ұзақ мерзімді өзгерістер. Ол терең мұхиттардың жылынуына берілетін баяу жауапты қамтиды, ол да мыңжылдықтарға созылады, сондықтан ECS өнеркәсіптік дәуірге дейінгі деңгейден екі есе жоғары температурада тұрақталған жағдайда болатын нақты болашақ жылынуды толық көрсетпейді. Жер жүйесінің сезімталдығы (ЖЖС) осы баяу кері байланыс циклдерінің әсерін қамтиды, мысалы, соңғы мұздық максимум кезінде Солтүстік жарты шардың көп бөлігін жапқан және қазір де Гренландия мен Антарктиданы жабатын ірі континенттік мұздықтардың еруінен Жердің альбедосының өзгеруі. Вегетациядағы өзгерістер нәтижесіндегі альбедоның өзгеруі, сондай-ақ мұхит ағындарының өзгеруі де қамтылған. Ұзақ мерзімді кері байланыс циклдері ЖЖС-ні ECS-тен үлкен етеді, тіпті екі есе де үлкен болуы мүмкін. ЖЖС-ні бағалау үшін Жердің геологиялық тарихынан алынған деректер пайдаланылады. Қазіргі және өткен климат жағдайларының айырмашылығы болашақ ЖЖС-нің бағалануын өте белгісіз етеді. ECS және TCR-ден айырмашылығы, ЖЖС анықтамасында көміртегі циклі қарастырылмайды, бірақ климат жүйесінің басқа барлық элементтері қамтылған.

Қатаңдықтың сипатына сезімталдық

Жылыжай газдары мен аэрозольдер сияқты әртүрлі күш түсіретін факторларды олардың радиациялық күші арқылы, яғни бүкіл планета бойынша орташа есептелген бастапқы радиациялық тепе-теңсіздік арқылы салыстыруға болады. Климаттың сезімталдығы – бұл радиациялық күштің әрбір бірлігіне шаққандағы жылудың өзгеру мөлшері. Бірінші жуықтама бойынша, радиациялық тепе-теңсіздіктің себебі жылыжай газдары болсын немесе басқа нәрсе болсын, маңызды емес. Дегенмен, басқа көздерден туындаған радиациялық күш, кері байланыс мөлшері негізінен күштердің планета бойынша біркелкі таралмауы себепті, ұқсас радиациялық күштен беткі температураның өзгеруіне әкелуі мүмкін. Бастапқыда Солтүстік жарты шарды, құрлықты немесе полярлық аймақтарды жылытатын күштер температураны өзгертуде, планета бойынша біркелкі таралған күштерге қарағанда жүйелі түрде тиімдірек. Бұл аймақтарда мұз-альбедо кері байланысы сияқты өзін-өзі күшейтетін кері байланыстар басым болғандықтан осылай болады. Бірнеше зерттеулер көрсеткендей, адамның шығарған аэрозольдері жаһандық температураны өзгертуде одан тиімдірек, ал жанартаулық күштің тиімділігі төмен. Егер тарихи температура мен күшті (аэрозольдер мен жылыжай газдарының қоспасынан туындаған) пайдаланып климаттың радиациялық күшке сезімталдығы бағаланса және бұл әсер ескерілмесе, климаттың сезімталдығы төмен бағаланады.

Мемлекеттік тәуелділік

Климаттың сезімталдығы – температураның қысқа немесе ұзақ мерзімді өзгеруі, бұл температураның екі еселеуінен туындайды, бірақ Жердің климаттық жүйесінің сезімталдығы тұрақты емес екендігіне дәлелдер бар. Мысалы, планетада полярлық мұз және биік мұздықтар бар. Әлемдегі мұз толығымен ерігенше, мұз-альбедо кері байланыс циклы жүйеге жалпы алғанда сезімталдықты арттырады. Жер тарихының әр кезеңінде жер шарының барлық жерін қар мен мұз жауып тұрған. «Қарлы Жер» модельдерінің көпшілігінде тропиктердің кейбір бөліктері кем дегенде аралықта мұздықтан бос болды. Мұздың алға жылжуы немесе кері шегінуі кезінде климаттық сезімталдық өте жоғары болуы керек, өйткені мұз қақпағының ауданындағы үлкен өзгерістер мұз-альбедоның өте күшті кері әсерін тигізген болар еді. Атмосфераның құрамының өзгеруі қар шары күйінен құтылу үшін қажетті радиациялық күшті қамтамасыз етті деп есептеледі. Төртінші кезең (ең соңғы 2,58 миллион жыл) ішінде климат мұздық кезеңдер арасында, ең соңғысы Соңғы мұздық максимум, және мұз аралық кезеңдер арасында, ең соңғысы қазіргі Холоцен кезеңінде ауытқыған, бірақ кезеңнің климаттық сезімталдығын анықтау қиын. Палеоцен-эоцен термиялық максимумы шамамен 55,5 миллион жыл бұрын ерекше жылы болды және орташадан жоғары климаттық сезімталдықпен сипатталуы мүмкін. Климатқа сезімталдық бұрылыс нүктелері өтіп кетсе, одан әрі өзгеруі мүмкін. Бұрылыс нүктелері климаттың сезімталдығында қысқа мерзімді өзгерістерге себеп болмайды. Егер бұрылыс нүктесінен өтіп кетсе, климаттың сезімталдығы оның бұрылыс нүктесіне жеткен қосалқы жүйенің уақыт шкаласында өзгеруі мүмкін. Әсіресе, егер өзара әрекеттесетін бірнеше бұрылыс нүктелері болса, климаттың жаңа күйге өтуін кері қайтару қиын болуы мүмкін. Климаттық сезімталдықтың ең көп таралған екі анықтамасы климаттық жағдайды анықтайды: ЭКЖ және ТКР индустриалды дәуірге дейінгі деңгейлерге қатысты екі еселеуге анықталады. Климаттың сезімталдығы өзгергендіктен, климаттық жүйе екінші рет екі еселеуден кейін бірінші рет екі еселеуден кейін әртүрлі мөлшерде жылынуы мүмкін. Климаттың сезімталдығы өзгеруінің әсері атмосфераға қосымша шығарылғаннан кейінгі бірінші ғасырда аз немесе елеусіз болады деп күтілуде. Жердің климаттық жүйесін түсінуде елеулі жетістіктерге қарамастан, бағалаулар 1979 жылғы Чарни баяндамасынан кейін біраз уақыт бойы климаттық сезімталдық үшін ұқсас белгісіздік диапазондарын хабарлауды жалғастырды. 1990 жылғы IPCC бірінші бағалау баяндамасында теңгерімдегі климаттың сезімталдығы екі еселеуге шамамен , ал «қазіргі білімдерге сүйенсек, ең жақсы болжам» деп есептелген. Бұл баяндама мұхит динамикасының қарапайымдалған моделін пайдаланған. 1992 жылғы IPCC қосымша есебі, мұхит айналымының толық моделін пайдаланған, 1990 жылғы бағалауды «өзгертуге ешқандай себеп жоқ» деп тапты; ал IPCC-нің екінші бағалау есебі: «Бұл бағалауларды өзгертудің ешқандай себебі жоқ» деп мәлімдеді. Бұл есептерде климаттық сезімталдыққа қатысты белгісіздіктің көп бөлігі бұлт процестері туралы жеткіліксіз білімге байланысты деп есептелді. 2001 жылғы IPCC үшінші бағалау баяндамасында да осы ықтимал диапазон сақталды. IPCC-нің 2007 жылғы төртінші бағалау баяндамасының авторлары климаттық сезімталдықтың теңгерімдік деңгейі туралы бағалауларға деген сенім үшінші жылдық есептен бастап айтарлықтай артты деп мәлімдеді. IPCC авторлары ЭКЖ шамамен , ең ықтимал мәнімен , шамадан артық болуы және шамамен , шамамен , шамадан тыс болуы мүмкін деген қорытындыға келді. IPCC негізгі физикалық себептер мен деректердің шектеулері климаттық сезімталдықтың жоғарырақ болуын болдырмайды, бірақ ықтимал диапазондағы климаттық сезімталдықтың бағалауы байқаулармен және прокси климаттық деректермен жақсы келіседі. Есепте сондай-ақ ЭКЖ-ның (жоғары сенімділік) төмен болуы өте аз және (орта сенімділік) жоғары болуы өте аз деп айтылған. Бұл мәндер сарапшылардың пікірлерімен бірге қол жетімді деректерді біріктіру арқылы бағаланды.

Тарихи бағалар

19 ғасырда Сванте Аррениус жаһандық жылынуды ең алғаш рет сандық тұрғыда бағалаған адам болды. Ол концентрация екі есе артқан жағдайда жаһандық температура шамамен дейін жоғарылайды деп есептеді. Кейінгі жұмыстарында ол бұл бағалауды қайта қарастырды. Аррениус Самуэль Пирпонт Лэнглидің толық айдың сәулеленуін бақылауын су буының сіңіретін сәулелену мөлшерін бағалау үшін пайдаланды және су буының кері байланысын ескеру үшін, жаһандық жылыну кезінде салыстырмалы ылғалдылықтың өзгермейтінін болжады. 1967 жылы Сюкуро Манабе мен Ричард Ветэральд атмосфера арқылы сәулеленудің сандық интеграциясы үшін компьютерді қолдана отырып, климаттың сезімталдығын есептеуді алғаш рет жүргізді. Тұрақты ылғалдылықты болжай отырып, олар тепе-теңдік күйдегі климаттың сезімталдығын есептеп шығарды. Бұл еңбек "барлық уақыттағы ең маңызды климаттық ғылыми жұмыс" және "барлық уақыттағы климатты зерттеудің ең ықпалды зерттеуі" деп аталды. 1979 жылы АҚШ Ұлттық ғылым академиясы шақырған және Джуль Чарни төрағалық еткен антропогендік жаһандық жылыну жөніндегі комитет тепе-теңдік күйдегі климаттың сезімталдығын бағалады. Манабе мен Ветэральдтың, Джеймс Э. Хансеннің бағалаулары және Чарнидің моделі 1979 жылы қол жетімді болған жалғыз модельдер болды. Манабе сөзіне сәйкес, 2004 жылы айтқанда: "Чарни қателік шегі ретінде 0,5 °C таңдады, оны Манабе санынан алып тастады және Хансенге қосты, нәтижесінде жылыжай газдарының әсерін бағалауда пайда болған климаттың сезімталдығының ықтимал диапазоны пайда болды". 2008 жылы климаттанушы Стефан Рамсторф: "Ол кезде [жарияланғанда], [Чарни есебінің] [қауіпсіздік] диапазоны өте тұрақсыз болды. Содан бері әлемдегі климатты зерттеу орталықтары көптеген жетілдірілген модельдерді жасады". Радиациялық күштің өзгеруі көбінесе модельделеді, өйткені оны өлшейтін Жерді бақылайтын спутниктер өнеркәсіптік дәуірдің тек бір бөлігінде ғана болды (1950 жылдардың соңынан бастап). Осы жаһандық энергия шектеулерін пайдалану арқылы есептелген климаттың сезімталдығының бағалауы басқа әдістерді пайдалану арқылы есептелгеннен әлдеқайда төмен, немесе одан да төмен болып келеді. Модельдер мен бақылау деректері негізінде есептелген уақытша климаттық жауаптың (ТКЖ) бағалауларын, егер полярлық аймақтарда температураның өлшемі аз болса, олар Жердің жалпы температурасынан тез жоғарылайтынын ескерсек, салыстыруға болады. Егер модельді бағалауда тек өлшеулер қол жетімді аймақтар пайдаланылса, ТКЖ бағалауларындағы айырмашылықтар еленбейді. Өте қарапайым климаттық модель климаттың сезімталдығын өнеркәсіптік дәуір деректері бойынша бағалай алады, егер климаттық жүйенің тиімді жылу сыйымдылығы белгілі болса және уақыт шкаласы өлшенген температураның автокорреляциясын пайдалану арқылы бағаланса, климаттың сезімталдығының бағасын алуға болады. Алайда, уақыт шкаласын және жылу сыйымдылығын бір мезгілде анықтау қиын. Климаттың уақытша әсерін шектеу үшін 11 жылдық күн циклін пайдалануға тырысулар жасалды. Күн сәулеленуі күннің максималды кезеңінде күннің минималды кезеңінен 0,9 Вт/м2 жоғары болады және бұл әсерлерді 1959 жылдан 2004 жылға дейінгі орташа жаһандық температурада байқауға болады. Өкінішке орай, сол кезеңдегі күннің минималды кезеңі жанартаулардың атқылауымен сәйкес келді, бұл жаһандық температураны төмендетуге әкеп соқты. Жанартаулардың атқылауы күн сәулеленуінің төмендеуіне қарағанда радиациялық күштің үлкен және аз мөлшерленген төмендеуіне себеп болғандықтан, байқалған температураның өзгеруінен пайдалы сандық қорытындылар жасау күмәнді. Климаттың сезімталдығын бағалау үшін жанартаулардың атқылауларын бақылау да қолданылды, бірақ бір атқылаудан шыққан аэрозольдар атмосферада ең көп дегенде бірнеше жыл бойы сақталады, сондықтан климаттық жүйе тепе-теңдікке жақындамайды және аэрозольдар атмосферада ұзақ уақытқа қалса, салқындау аз болады. Сондықтан, жанартаулардың атқылауы тек климаттың уақытша сезімталдығының төменгі шегі туралы ақпарат береді.

Жердің өткендегі деректерін пайдалану

Тарихи климаттың сезімталдығын Жердің өткен температурасы мен газ деңгейін қайта құру арқылы бағалауға болады. Палеоклиматологтар жылым Плиоцен (5,3-2,6 миллион жыл бұрын) және суық Плейстоцен (2,6 миллион - 11,7 мың жыл бұрын) сияқты әртүрлі геологиялық кезеңдерді зерттеді және қазіргі климаттың өзгеруіне қатысты қандай да бір жағынан ұқсас немесе ақпарат беретін кезеңдерді іздеді. Жер тарихының бұрынғы кезеңдеріндегі климатты зерттеу қиынырақ, себебі олар туралы мәліметтер аз. Мысалы, газ концентрацияларын мұз ядроларындағы ауадан анықтауға болады, бірақ 2020 жылға дейін ең көне үздіксіз мұз ядросы бір миллион жылдан кем. Соңғы мұздық максимум (СММ) (шамамен 21 мың жыл бұрын) және Орта Холоцен (шамамен 6 мың жыл бұрын) сияқты жақын кезеңдер жиі зерттеледі, әсіресе олар туралы көбірек ақпарат қолжетімді болғанда. Соңғы 420 миллион жылдағы деректерді пайдалана отырып жасалған 2007 жылғы сезімталдық бағасы, қазіргі климаттық модельдердің сезімталдықтарымен және басқа да анықтамалармен сәйкес келеді. Палеоцен-эоцен термиялық максимумы (шамамен 55,5 миллион жыл бұрын), 20 мың жылға созылған, атмосфераға көміртегінің көп мөлшерде түсуімен және орташа жаһандық температураның шамамен градусқа өсуімен сипатталатын кезең, климат жүйесін жылы күйде зерттеуге жақсы мүмкіндік береді. Соңғы 800 мың жылдағы зерттеулер климаттың сезімталдығы мұздық кезеңдерде мұз аралық кезеңдерге қарағанда жоғары болғанын көрсетті. Атауынан көрініп тұрғандай, соңғы мұздық максимум бүгінгіден әлдеқайда суық болды және сол кезеңдегі атмосфералық газ концентрациясы мен радиациялық күш туралы толыққанды деректер бар. Бұл кезеңдегі орбиталық күш салу бүгінгіден өзгеше болды, бірақ орташа жылдық температураға тигізген әсері аз болды. Соңғы мұздық максимумдан климаттың сезімталдығын бағалау үшін бірнеше әртүрлі әдіс қолданылуы мүмкін. Басқа тәсіл бойынша, кезеңдегі жағдайларды модельдеу үшін орташа күрделіліктегі модель қолданылады. Осы модельдің бірнеше нұсқасы іске қосылады, әр нұсқада белгісіз параметрлер үшін әртүрлі мәндер таңдалады, нәтижесінде әрқайсысының ECS (жалпы климаттық сезімталдық) мәні өзгеше болады. СММ-де байқалған салқындатуды ең жақсы модельдейтін нәтижелер, ең сенімді ECS мәндерін береді.

Климат үлгілерін қолдану

[[Файл:Модельдік симуляцияларға негізделген климаттық сезімталдықтың жиілік үлестірілуі (NASA).png|thumb|443x443px|alt=Тепе-теңдік климаттық сезімталдықтың гистограммасы, түрлі ықтимал болжамдар бойынша алынған|CO2 екі еселенген кездегі симуляциялар негізінде тепе-теңдік климаттық сезімталдықтың жиілік үлестірілуі. Әрбір модельдеуде процестерге қатысты әртүрлі бағалаулар бар, оларды ғалымдар толыққанды түсінбейді. Симуляциялардың азаз бөлігі жылудың аз болуын немесе көмірқышқыл газының концентрациясы екі есе артса, температураның үлкен немесе өте үлкен өсуінен кемдігін көрсетеді, яғни температураның үлкен немесе өте үлкен өсуінің ықтималдығы, шағын өсудің ықтималдығынан жоғары. Модельдің төмен ажыратымдылығы (үлкен модельдік жасушалар және ұзақ уақыт қадамдары) есептеу қуатын азайтады, бірақ атмосфераны дәл осылай моделеуге мүмкіндік бермейді. Модель модельдік жасушалардан кіші немесе бір уақыт қадамынан қысқа мерзімді процестерді симуляциялай алмайды. Сондықтан, кіші масштабтағы және қысқа мерзімді процестердің әсерін басқа әдістерді қолдану арқылы бағалау қажет. Модельдердегі физикалық заңдар есептеулерді жылдамдату үшін оңайлатылуы мүмкін. Биосфераны климаттық модельдерге қосу қажет. Биосфераның әсері модельдік жағдайларда аймақтың орташа өсімдіктер жиынтығының орташа мінез-құлқы туралы деректерді пайдалану арқылы бағаланады. Климаттық сезімталдық осы модельдердің туындайтын қасиеті болып табылады. Ол алдын ала белгіленбеген, бірақ барлық модельденген процестердің өзара әрекеттесуінен туындайды. Модельді бақылаулар, палеоклиматтық деректер немесе екеуі де оларды дәл қайталайтынын тексеру үшін сынақтан өткізеді. Егер ол олай болмаса, физикалық модельдегі және параметрлеудегі қателіктер ізделеді және модель өзгертіледі. Климаттық сезімталдықты бағалау үшін қолданылатын модельдер үшін климаттық сезімталдыққа тікелей және физикалық байланысты арнайы сынақ өлшемдері қажет. Мұндай өлшемдерге мысал ретінде жаһандық жылыну үлгілері, тропиктер мен субтропиктердегі салыстырмалы ылғалдылықты қайта жаңғыртуға арналған модельдің мүмкіндігі, жылу сәулелену үлгілері және ұзақ мерзімді тарихи жылынудың температурасының өзгермелілігі жатады. Әр түрлі мекемелерде жасалған климаттық модельдер ЭКШ-тің шектеулі бағалауын шығарады, олар ЭКШ-тен сәл жоғары. ЭКШ-тен сәл жоғары модельдер жоғарыда аталған жағдайларды климатқа сезгіштігі төмен модельдерге қарағанда жақсы симуляциялайды. Көптеген модельдердің нәтижелерін салыстыру және талдау үшін көптеген жобалар мен топтар бар. Мысалы, 1990 жылдан бері жалғасқан Модельдік өзара салыстыру жобасы (CMIP) жұмыс істейді. 2021 жылғы IPCC Алтыншы бағалау баяндамасына дайындық барысында әлемнің ғылыми топтары климаттық модельдердің жаңа буынын әзірледі. Климаттың орташа бағалау сезімталдығы CMIP6 жобасының 6-шы кезеңінде алдыңғы буынмен салыстырғанда жоғарылады, 27 әлемдік климаттық модель бойынша мәндер ұлғайып, олардың 10-ында одан да жоғары болды. Тепе-теңдік климаттық сезімталдықтың артуы негізінен бұлттардың модельдемесін жетілдіруде. Қазіргі кезде температураның көтерілуі төмен бұлттар санының күрт төмендеуіне әкеп соғады деп есептеледі, ал төмен бұлттар санының азаюы планетаның күн сәулесін көбірек сіңіріп, кеңістікке аз шағылысуын білдіреді. Алайда ЭКС-тің ең жоғары мәндері бар модельдер байқалған жылынумен сәйкес келмейді.