Variabilidad y cambio climático

El océano y la atmósfera pueden trabajar juntos para generar espontáneamente variabilidad climática interna que puede persistir durante años o décadas. ^{[ 19 ] [ 20 ]} Estas variaciones pueden afectar la temperatura superficial promedio global al redistribuir el calor entre el océano profundo y la atmósfera ^{[ 21 ] [ 22 ]} y/o al alterar la distribución de nubes/vapor de agua/hielo marino, lo que puede afectar el balance energético total de la Tierra. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

Una oscilación climática o ciclo climático es cualquier oscilación cíclica recurrente dentro del clima global o regional . Son cuasiperiódicas (no perfectamente periódicas), por lo que un análisis de Fourier de los datos no presenta picos pronunciados en el espectro . Se han encontrado o hipotetizado muchas oscilaciones en diferentes escalas de tiempo: ^{[ 25 ]}

• La Oscilación del Sur de El Niño (ENSO) es un patrón a gran escala de temperaturas superficiales del mar tropicales más cálidas ( El Niño ) y más frías ( La Niña ) en el Océano Pacífico, con efectos a nivel mundial. Es una oscilación autosostenible, cuyos mecanismos están bien estudiados. ^{[ 26 ]} ENSO es la fuente más prominente conocida de variabilidad interanual en el tiempo y el clima en todo el mundo. El ciclo ocurre cada dos a siete años, con El Niño durando de nueve meses a dos años dentro del ciclo a largo plazo. ^{[ 27 ]} La lengua fría del Océano Pacífico ecuatorial no se está calentando tan rápido como el resto del océano, debido al aumento del afloramiento de aguas frías frente a la costa oeste de Sudamérica. ^{[ 28 ] [ 29 ]}
• la oscilación de Madden-Julian (MJO) – Un patrón de aumento de precipitaciones que se desplaza hacia el este sobre los trópicos con un período de 30 a 60 días, observado principalmente sobre los océanos Índico y Pacífico. ^{[ 30 ]}
• La oscilación del Atlántico Norte (NAO) – Los índices de la NAO se basan en la diferencia de la presión atmosférica normalizada a nivel del mar (SLP) entre Ponta Delgada, Azores y Stykkishólmur / Reikiavik , Islandia. Los valores positivos del índice indican vientos del oeste más fuertes de lo normal sobre las latitudes medias. ^{[ 31 ]}
• La oscilación cuasi-bienal es una oscilación bien conocida en los patrones de viento en la estratosfera alrededor del ecuador. Durante un período de 28 meses, el viento dominante cambia de este a oeste y viceversa. ^{[ 32 ]}
• Oscilación del Centenario del Pacífico : una oscilación climática predicha por algunos modelos climáticos.
• La oscilación decadal del Pacífico : el patrón dominante de variabilidad de la superficie del mar en el Pacífico Norte a escala decadal. Durante una fase "cálida" o "positiva", el Pacífico occidental se enfría y parte del océano oriental se calienta; durante una fase "fría" o "negativa", ocurre el patrón opuesto. Se considera que no es un fenómeno único, sino una combinación de diferentes procesos físicos. ^{[ 33 ]}
• la oscilación interdecadal del Pacífico (IPO) – variabilidad en toda la cuenca del Océano Pacífico con un período de entre 20 y 30 años. ^{[ 34 ]}
• la oscilación multidecadal del Atlántico : un patrón de variabilidad en el Atlántico Norte de aproximadamente 55 a 70 años, con efectos en las precipitaciones, las sequías y la frecuencia e intensidad de los huracanes. ^{[ 35 ]}
• Ciclos climáticos del norte de África : variación climática impulsada por el monzón del norte de África , con un período de decenas de miles de años. ^{[ 36 ]}
• la oscilación ártica (AO) y la oscilación antártica (AAO): los modos anulares son patrones naturales de variabilidad climática que abarcan todo el hemisferio. En escalas de tiempo de semanas a meses, explican entre el 20 y el 30 % de la variabilidad en sus respectivos hemisferios. El Modo Anular del Norte u Oscilación Ártica (AO) en el Hemisferio Norte, y el Modo Anular del Sur u Oscilación Antártica (AAO) en el Hemisferio Sur. Los modos anulares tienen una fuerte influencia en la temperatura y la precipitación de las masas terrestres de latitudes medias a altas, como Europa y Australia, al alterar las trayectorias promedio de las tormentas. La NAO puede considerarse un índice regional de la AO/NAM. ^{[ 37 ]} Se definen como el primer EOF de la presión a nivel del mar o altura geopotencial de 20°N a 90°N (NAM) o de 20°S a 90°S (SAM).
• Ciclos de Dansgaard-Oeschger : se produjeron en ciclos de aproximadamente 1500 años durante el Último Máximo Glacial.

Los aspectos oceánicos de la variabilidad climática pueden generar variabilidad en escalas temporales centenarias debido a que el océano tiene cientos de veces más masa que la atmósfera y, por lo tanto, una inercia térmica muy alta . Por ejemplo, las alteraciones en procesos oceánicos como la circulación termohalina desempeñan un papel fundamental en la redistribución del calor en los océanos del mundo.

Las corrientes oceánicas transportan mucha energía desde las regiones tropicales cálidas hacia las regiones polares más frías. Los cambios ocurridos durante la última era glacial (en términos técnicos, el último período glacial ) muestran que la circulación en el Atlántico Norte puede cambiar repentina y sustancialmente, provocando cambios climáticos globales, incluso cuando la cantidad total de energía que ingresa al sistema climático no varió mucho. Estos grandes cambios podrían haber sido causados ​​por los llamados eventos de Heinrich, donde la inestabilidad interna de las capas de hielo provocó la liberación de enormes icebergs al océano. Cuando la capa de hielo se derrite, el agua resultante tiene muy poca sal y es fría, lo que impulsa cambios en la circulación. ^{[ 38 ]}

La vida afecta el clima a través de su papel en los ciclos del carbono y del agua y mediante mecanismos como el albedo , la evapotranspiración , la formación de nubes y la meteorización . ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} Ejemplos de cómo la vida pudo haber afectado el clima en el pasado incluyen:

• La glaciación de hace 2.300 millones de años fue provocada por la evolución de la fotosíntesis oxigénica , que agotó la atmósfera del gas de efecto invernadero dióxido de carbono e introdujo oxígeno libre ^{[ 42 ] [ 43 ].}
• otra glaciación hace 300 millones de años fue provocada por el entierro a largo plazo de detritos resistentes a la descomposición de plantas vasculares terrestres (creando un sumidero de carbono y formando carbón ) ^{[ 44 ] [ 45 ]}
• terminación del Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno hace 55 millones de años por el florecimiento del fitoplancton marino ^{[ 46 ] [ 47 ]}
• reversión del calentamiento global hace 49 millones de años por 800.000 años de floraciones de azolla ártica ^{[ 48 ] [ 49 ]}
• enfriamiento global en los últimos 40 millones de años impulsado por la expansión de los ecosistemas de pastos y herbívoros ^{[ 50 ] [ 51 ]}

Mientras que los gases de efecto invernadero liberados por la biosfera suelen considerarse un proceso climático interno o de retroalimentación, los gases de efecto invernadero emitidos por los volcanes suelen ser clasificados como externos por los climatólogos. ^{[ 52 ]} Los gases de efecto invernadero, como el CO ₂ , el metano y el óxido nitroso , calientan el sistema climático al atrapar la luz infrarroja. Los volcanes también forman parte del ciclo extendido del carbono . Durante períodos de tiempo muy largos (geológicos), liberan dióxido de carbono de la corteza y el manto terrestres, contrarrestando la absorción por las rocas sedimentarias y otros sumideros geológicos de dióxido de carbono .

Desde la Revolución Industrial , la humanidad ha contribuido al aumento de los gases de efecto invernadero mediante la emisión de CO₂ _proveniente de la combustión de combustibles fósiles , el cambio de uso del suelo a través de la deforestación y la alteración del clima con aerosoles (partículas en la atmósfera) ^{[ 53 ]} y la liberación de gases traza (por ejemplo, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono o metano) ^{[ 54 ]} . Otros factores, como el uso del suelo, el agotamiento de la capa de ozono , la ganadería ( los rumiantes , como el ganado vacuno, producen metano ^{[ 55 ]} ) y la deforestación , también influyen ^{[ 56 ] .}

El Servicio Geológico de los Estados Unidos estima que las emisiones volcánicas se encuentran en un nivel mucho menor que los efectos de las actividades humanas actuales, que generan entre 100 y 300 veces la cantidad de dióxido de carbono emitida por los volcanes. ^{[ 57 ]} La cantidad anual liberada por las actividades humanas puede ser mayor que la cantidad liberada por las supererupciones , la más reciente de las cuales fue la erupción del Toba en Indonesia hace 74 000 años. ^{[ 58 ]}

Las ligeras variaciones en el movimiento de la Tierra provocan cambios en la distribución estacional de la luz solar que llega a la superficie terrestre y en cómo se distribuye por todo el globo. Hay muy poca variación en la insolación anual promedio por área; pero pueden producirse fuertes cambios en la distribución geográfica y estacional. Los tres tipos de cambio cinemático son las variaciones en la excentricidad de la Tierra , los cambios en el ángulo de inclinación del eje de rotación de la Tierra y la precesión del eje de la Tierra. En conjunto, estos producen los ciclos de Milankovitch , que afectan al clima y son notables por su correlación con los períodos glaciales e interglaciales , ^{[ 59 ]} su correlación con el avance y retroceso del Sahara , ^{[ 59 ]} y por su aparición en el registro estratigráfico . ^{[ 60 ] [ 61 ]}

Durante los ciclos glaciales, existía una alta correlación entre las concentraciones _de CO₂ y las temperaturas. Los primeros estudios indicaban que las concentraciones _de CO₂ se producían con cierto retraso respecto a las temperaturas, pero se ha comprobado que esto no siempre es así. ^{[ 62 ]} Cuando las temperaturas oceánicas aumentan, la solubilidad del CO₂ disminuye _, por lo que se libera del océano. El intercambio de CO₂ entre el aire y el océano también puede verse afectado por otros aspectos del cambio climático. ^{[ 63 ]} _{Estos y otros procesos de retroalimentación positiva permiten que} pequeños cambios en el movimiento de la Tierra tengan un gran efecto sobre el clima. ^{[ 62 ]}

El Sol es la principal fuente de energía para el sistema climático de la Tierra . Otras fuentes incluyen la energía geotérmica del núcleo terrestre, la energía mareomotriz de la Luna y el calor de la desintegración de compuestos radiactivos. Se sabe que ambas variaciones a largo plazo en la intensidad solar afectan el clima global. ^{[ 64 ]} La producción solar varía en escalas de tiempo más cortas, incluyendo el ciclo solar de 11 años ^{[ 65 ]} y modulaciones a largo plazo . ^{[ 66 ]} La correlación entre las manchas solares y el clima es, en el mejor de los casos, tenue. ^{[ 64 ]}

Hace entre tres y cuatro mil millones de años , el Sol emitía solo el 75% de la energía que emite hoy. ^{[ 67 ]} Si la composición atmosférica hubiera sido la misma que la actual, no debería haber existido agua líquida en la superficie terrestre. Sin embargo, hay evidencia de la presencia de agua en la Tierra primitiva, en los eones Hádico ^{[ 68 ] [ 69 ]} y Arcaico ^{[ 70 ] [ 68 ]} , lo que da lugar a lo que se conoce como la paradoja del Sol joven y débil . ^{[ 71 ]} Las soluciones hipotéticas a esta paradoja incluyen una atmósfera muy diferente, con concentraciones de gases de efecto invernadero mucho mayores que las que existen actualmente. ^{[ 72 ]} Durante los siguientes aproximadamente 4 mil millones de años, la producción de energía del Sol aumentó. Durante los próximos cinco mil millones de años, la muerte final del Sol al convertirse en una gigante roja y luego en una enana blanca tendrá grandes efectos en el clima, y ​​la fase de gigante roja posiblemente acabará con cualquier forma de vida en la Tierra que sobreviva hasta entonces. ^{[ 73 ]}

Las erupciones volcánicas consideradas lo suficientemente grandes como para afectar el clima de la Tierra en una escala de más de un año son aquellas que inyectan más de 100 000 toneladas de SO₂ en la estratosfera . ^{[ 74 ]} Esto se debe a las propiedades ópticas de los aerosoles de SO₂ _{y sulfato} , que absorben o dispersan fuertemente la radiación solar, creando una capa global de neblina de ácido sulfúrico . ^{[ 75 ]} En promedio, tales erupciones ocurren varias veces por siglo y causan enfriamiento (al bloquear parcialmente la transmisión de la radiación solar a la superficie terrestre) durante un período de varios años. Aunque los volcanes son técnicamente parte de la litosfera, que a su vez es parte del sistema climático, el IPCC define explícitamente el vulcanismo como un agente de forzamiento externo. ^{[ 76 ]}

Las erupciones notables en los registros históricos son la erupción del Monte Pinatubo en 1991 , que redujo las temperaturas globales en aproximadamente 0,5  °C (0,9  °F) durante hasta tres años, ^{[ 77 ] [ 78 ]} y la erupción del Monte Tambora en 1815, que causó el Año sin Verano . ^{[ 79 ]}

A mayor escala —unas pocas veces cada 50 a 100 millones de años— la erupción de grandes provincias ígneas trae grandes cantidades de roca ígnea del manto y la litosfera a la superficie terrestre. El dióxido de carbono de la roca se libera entonces a la atmósfera. ^{[ 80 ] [ 81 ]} Las erupciones pequeñas, con inyecciones de menos de 0,1  Mt de dióxido de azufre en la estratosfera, afectan la atmósfera solo sutilmente, ya que los cambios de temperatura son comparables con la variabilidad natural. Sin embargo, debido a que las erupciones más pequeñas ocurren con mucha mayor frecuencia, también afectan significativamente la atmósfera terrestre. ^{[ 74 ] [ 82 ]}

A lo largo de millones de años, el movimiento de las placas tectónicas reconfigura las áreas terrestres y oceánicas globales y genera la topografía. Esto puede afectar tanto los patrones globales como locales del clima y la circulación atmósfera-océano. ^{[ 83 ]}

La posición de los continentes determina la geometría de los océanos y, por lo tanto, influye en los patrones de circulación oceánica. La ubicación de los mares es importante para controlar la transferencia de calor y humedad a través del globo y, por consiguiente, para determinar el clima global. Un ejemplo reciente del control tectónico sobre la circulación oceánica es la formación del Istmo de Panamá hace unos 5 millones de años, que interrumpió la mezcla directa entre los océanos Atlántico y Pacífico . Esto afectó fuertemente la dinámica oceánica de lo que ahora es la Corriente del Golfo y pudo haber dado lugar a la capa de hielo del hemisferio norte. ^{[ 84 ] [ 85 ]} Durante el período Carbonífero , hace unos 300 a 360 millones de años, la tectónica de placas pudo haber desencadenado un almacenamiento de carbono a gran escala y un aumento de la glaciación . ^{[ 86 ]} La evidencia geológica apunta a un patrón de circulación "megamonzónico" durante la época del supercontinente Pangea , y la modelización climática sugiere que la existencia del supercontinente fue propicia para el establecimiento de los monzones. ^{[ 87 ]}

El tamaño de los continentes también es importante. Debido al efecto estabilizador de los océanos sobre la temperatura, las variaciones anuales de temperatura suelen ser menores en las zonas costeras que en el interior. Por lo tanto, un supercontinente más grande tendrá una mayor superficie con un clima marcadamente estacional que varios continentes o islas más pequeños .

Se ha postulado que las partículas ionizadas conocidas como rayos cósmicos podrían afectar la nubosidad y, por ende, el clima. Dado que el sol protege a la Tierra de estas partículas, se hipotetizó que los cambios en la actividad solar también influirían indirectamente en el clima. Para comprobar esta hipótesis, el CERN diseñó el experimento CLOUD , que demostró que el efecto de los rayos cósmicos es demasiado débil para influir de forma notable en el clima. ^{[ 88 ] [ 89 ]}

Existen pruebas de que el impacto del asteroide Chicxulub, hace unos 66 millones de años, afectó gravemente al clima de la Tierra. Grandes cantidades de aerosoles de sulfato se elevaron a la atmósfera, disminuyendo las temperaturas globales hasta en 26  °C y produciendo temperaturas bajo cero durante un período de 3 a 16 años. El tiempo de recuperación tras este evento fue de más de 30 años. ^{[ 90 ]} También se ha investigado el impacto del uso a gran escala de armas nucleares en el clima. La hipótesis es que el hollín liberado por incendios a gran escala bloquea una fracción significativa de la luz solar durante un año, lo que provoca una caída brusca de las temperaturas durante algunos años. Este posible evento se describe como invierno nuclear . ^{[ 91 ]}

El uso que hacen los humanos de la tierra influye en la cantidad de luz solar que refleja la superficie y en la concentración de polvo. La formación de nubes no solo está influenciada por la cantidad de agua en el aire y la temperatura, sino también por la cantidad de aerosoles presentes, como el polvo. ^{[ 92 ]} A nivel mundial, hay más polvo disponible en muchas regiones con suelos secos, poca vegetación y vientos fuertes. ^{[ 93 ]}

Un cambio en el tipo, la distribución y la cobertura de la vegetación puede ocurrir debido a un cambio climático. Algunos cambios climáticos pueden resultar en un aumento de las precipitaciones y la temperatura, lo que resulta en un mejor crecimiento de las plantas y el consiguiente secuestro de CO₂ atmosférico _. Si bien un aumento de CO₂ _puede beneficiar a las plantas, algunos factores pueden disminuir este aumento. Si hay un cambio ambiental como la sequía, el aumento de las concentraciones de CO₂ _no beneficiará a la planta. ^{[ 105 ]} Por lo tanto, aunque el cambio climático aumenta las emisiones de CO₂ _, las plantas a menudo no utilizarán este aumento, ya que otros factores de estrés ambiental ejercen presión sobre ellas. ^{[ 106 ]} Sin embargo, se espera que el secuestro de CO₂ _afecte la tasa de muchos ciclos naturales, como las tasas de descomposición de la hojarasca . ^{[ 107 ]} Un aumento gradual de la temperatura en una región conducirá a épocas de floración y fructificación más tempranas, impulsando un cambio en el momento de los ciclos de vida de los organismos dependientes. Por el contrario, el frío hará que los biociclos de las plantas se retrasen. ^{[ 108 ]}

Sin embargo, cambios más grandes, rápidos o radicales pueden provocar estrés en la vegetación, pérdida rápida de plantas y desertificación en ciertas circunstancias. ^{[ 109 ] [ 110 ] [ 111 ]} Un ejemplo de esto ocurrió durante el Colapso de la Selva Tropical del Carbonífero (CRC), un evento de extinción hace 300 millones de años. En ese momento, vastas selvas tropicales cubrían la región ecuatorial de Europa y América. El cambio climático devastó estas selvas tropicales, fragmentando abruptamente el hábitat en «islas» aisladas y causando la extinción de muchas especies de plantas y animales. ^{[ 109 ]}

Una de las formas más importantes en que los animales pueden hacer frente al cambio climático es la migración a regiones más cálidas o más frías. ^{[ 112 ]} A largo plazo, la evolución hace que los ecosistemas, incluidos los animales, se adapten mejor a un nuevo clima. ^{[ 113 ]} Un cambio climático rápido o drástico puede causar extinciones masivas cuando las criaturas se ven obligadas a adaptarse demasiado. ^{[ 114 ]}

El colapso de civilizaciones pasadas, como la maya, podría estar relacionado con los ciclos de precipitación, especialmente la sequía, que en este caso también se correlaciona con la Zona Cálida del Hemisferio Occidental . Hace unos 70 000 años, la erupción del supervolcán Toba provocó un período especialmente frío durante la era glacial, lo que podría haber dado lugar a un cuello de botella genético en las poblaciones humanas.

Los glaciares se consideran uno de los indicadores más sensibles del cambio climático. ^{[ 115 ]} Su tamaño está determinado por un balance de masa entre la entrada de nieve y la salida de agua derretida. A medida que aumentan las temperaturas, los glaciares retroceden a menos que aumenten las precipitaciones de nieve para compensar el deshielo adicional. Los glaciares crecen y se reducen debido tanto a la variabilidad natural como a factores externos. La variabilidad en la temperatura, las precipitaciones y la hidrología puede determinar en gran medida la evolución de un glaciar en una estación determinada.

Los procesos climáticos más significativos desde el Plioceno medio a tardío (hace aproximadamente 3 millones de años) son los ciclos glaciales e interglaciales . El período interglacial actual (el Holoceno ) ha durado unos 11.700 años. ^{[ 116 ]} Moldeadas por variaciones orbitales , respuestas como el ascenso y descenso de las capas de hielo continentales y cambios significativos del nivel del mar ayudaron a crear el clima. Sin embargo, otros cambios, incluidos los eventos de Heinrich , los eventos de Dansgaard-Oeschger y el Dryas Reciente , ilustran cómo las variaciones glaciales también pueden influir en el clima sin la forzante orbital .

Durante el Último Máximo Glacial , hace unos 25 000 años, el nivel del mar era aproximadamente 130 m más bajo que en la actualidad. La desglaciación posterior se caracterizó por un rápido cambio del nivel del mar. ^{[ 117 ]} A principios del Plioceno , las temperaturas globales eran 1–2 °C más cálidas que la temperatura actual, pero el nivel del mar era 15–25 metros más alto que en la actualidad. ^{[ 118 ]}

El hielo marino desempeña un papel importante en el clima de la Tierra, ya que afecta la cantidad total de luz solar que se refleja lejos de la Tierra. ^{[ 119 ]} En el pasado, los océanos de la Tierra han estado casi completamente cubiertos de hielo marino en varias ocasiones, cuando la Tierra se encontraba en el llamado estado de Tierra Bola de Nieve , ^{[ 120 ]} y completamente libres de hielo en períodos de clima cálido. ^{[ 121 ]} Cuando hay mucho hielo marino presente a nivel mundial, especialmente en los trópicos y subtrópicos, el clima es más sensible a los forzamientos, ya que la retroalimentación hielo-albedo es muy fuerte. ^{[ 122 ]}

El Holoceno se caracteriza por un enfriamiento prolongado que comenzó después del Óptimo del Holoceno , cuando las temperaturas probablemente estaban solo ligeramente por debajo de las temperaturas actuales (segunda década del siglo XXI), ^{[ 128 ]} y un fuerte monzón africano creó condiciones de pastizales en el Sahara durante el Subpluvial Neolítico . Desde entonces, han ocurrido varios eventos de enfriamiento , entre ellos:

• La oscilación de Piora
• la Edad del Bronce Medio Época Fría
• la Edad de Hierro Época Fría
• La Pequeña Edad de Hielo
• La fase de enfriamiento entre 1940 y 1970, que dio lugar a la hipótesis del enfriamiento global .

Por el contrario, también se han producido varios períodos cálidos, entre los que se incluyen, pero no se limitan a:

• un período cálido durante el apogeo de la civilización minoica
• el período cálido romano
• el período cálido medieval
• El calentamiento moderno durante el siglo XX

Durante estos ciclos se han producido ciertos efectos. Por ejemplo, durante el Período Cálido Medieval, el Medio Oeste estadounidense sufrió una sequía, incluyendo las Sand Hills de Nebraska , que eran dunas de arena activas . La peste negra causada por Yersinia pestis también se produjo durante las fluctuaciones de temperatura medievales y podría estar relacionada con el cambio climático.

La actividad solar pudo haber contribuido a parte del calentamiento moderno que alcanzó su punto máximo en la década de 1930. Sin embargo, los ciclos solares no explican el calentamiento observado desde la década de 1980 hasta la actualidad. Eventos como la apertura del Paso del Noroeste y los recientes mínimos históricos de hielo en la moderna reducción del Ártico no se habían producido en al menos varios siglos, ya que los primeros exploradores fueron incapaces de cruzar el Ártico, ni siquiera en verano. Los cambios en los biomas y los rangos de hábitat también son sin precedentes, y ocurren a ritmos que no coinciden con las oscilaciones climáticas conocidas .

Tierra-océano. Las temperaturas del aire superficial sobre las masas terrestres han estado aumentando más rápido que las del océano, ^{[ 133 ]} el océano absorbe alrededor del 90% del exceso de calor. ^{[ 134 ]}

Hemisferios. Los cambios de temperatura promedio de los hemisferios ^{[ 135 ]} han divergido debido al mayor porcentaje de masa terrestre del Norte y a las corrientes oceánicas globales. ^{[ 13 ]}

Bandas de latitud. Tres bandas de latitud que cubren respectivamente el 30, el 40 y el 30 por ciento de la superficie global muestran patrones de crecimiento de temperatura mutuamente distintos en las últimas décadas. ^{[ 136 ]}

Bandas latitudinales. El calentamiento global ha variado sustancialmente según la latitud, registrándose los mayores aumentos de temperatura en las zonas más septentrionales.

Altitud. Un gráfico de franjas de calentamiento ( las azules indican frío, las rojas indican calor) muestra cómo el efecto invernadero atrapa el calor en la atmósfera inferior y los océanos, de modo que la atmósfera superior, al recibir menos energía reflejada, se enfría. ^{[ 137 ] [ 138 ]}

Global versus regional. Por razones geográficas y estadísticas, se esperan mayores variaciones interanuales ^{[ 139 ]} para regiones geográficas localizadas (por ejemplo, el Caribe) que para los promedios globales. ^{[ 140 ]}

Desviación relativa. Aunque el norte de América se ha calentado más que sus trópicos, estos últimos se han desviado más claramente de la variabilidad histórica normal (bandas de color: desviaciones estándar de 1σ y 2σ). ^{[ 141 ]}

Además de la variabilidad climática global y el cambio climático global a lo largo del tiempo, numerosas variaciones climáticas ocurren simultáneamente en diferentes regiones físicas.

La absorción de aproximadamente el 90 % del exceso de calor por parte de los océanos ha contribuido a que las temperaturas de la superficie terrestre aumenten más rápidamente que las de la superficie del mar. ^{[ 134 ]} El hemisferio norte, al tener una mayor proporción de tierra respecto al océano que el hemisferio sur, muestra mayores aumentos de temperatura promedio. ^{[ 13 ]} Las variaciones en diferentes franjas latitudinales también reflejan esta divergencia en el aumento de la temperatura promedio, con un aumento de temperatura en las zonas extratropicales del norte que supera al de los trópicos, que a su vez supera al de las zonas extratropicales del sur. ^{[ 136 ]}

Las regiones superiores de la atmósfera se han estado enfriando simultáneamente con un calentamiento en la atmósfera inferior, lo que confirma la acción del efecto invernadero y el agotamiento de la capa de ozono. ^{[ 138 ]}

Las variaciones climáticas regionales observadas confirman las predicciones sobre los cambios en curso, por ejemplo, al contrastar las variaciones globales interanuales (más suaves) con las variaciones interanuales (más volátiles) en regiones localizadas. ^{[ 139 ]} Por el contrario, comparar los patrones de calentamiento de diferentes regiones con sus respectivas variabilidades históricas permite situar las magnitudes brutas de los cambios de temperatura en la perspectiva de lo que constituye una variabilidad normal para cada región. ^{[ 141 ]}

Las observaciones de variabilidad regional permiten estudiar puntos de inflexión climáticos regionalizados , como la pérdida de selva tropical, el deshielo de las capas de hielo y del hielo marino, y el deshielo del permafrost. ^{[ 142 ]} Estas distinciones sustentan la investigación sobre una posible cascada global de puntos de inflexión . ^{[ 142 ]}