about Gavin Schmidt

Climate sensitivity is a measure of the equilibrium global surface air temperature change for a particular forcing. It is usually given as a °C change per W/m² forcing. A standard experiment to determine this value in a climate model is to look at the doubled CO₂ climate, and so equivalently, the climate sensitivity is sometimes given as the warming for doubled CO₂ (i.e. from 280 ppm to 560 ppm). The forcing from doubled CO₂ is around 4 W/m² and so a sensitivity of 3°C for a doubling, is equivalent to a sensitivity of 0.75 °C/W/m². The principal idea is that if you know the sum of the forcings, you can estimate what the eventual temperature change will be.

We should underscore that the concepts of radiative forcing and climate sensitivity are simply an empirical shorthand that climatologists find useful for estimating how different changes to the planet’s radiative balance will lead to eventual temperature changes. There are however some subtleties which rarely get mentioned. Firstly, there are a number of ways to define the forcings. The easiest is the ‘instantaneous forcing’ – the change is made and the difference in the net radiation at the tropopause is estimated. But it turns out that other definitions such as the ‘adjusted forcing’ actually give a better estimate of the eventual temperature change. These other forcings progressively allow more ‘fast’ feedbacks to operate (stratospheric temperatures are allowed to adjust for instance), but the calculations get progressively more involved.

Secondly, not all forcings are equal. Because of differences in vertical or horizontal distribution of forcings, some changes can have a more than proportional effect on temperatures. This can be described using a relative ‘efficacy’ factor that depends on the individual forcing. For instance, the effect of soot making snow and sea ice darker has a higher efficacy than an equivalent change in CO₂ with the same forcing, mainly because there is a more important ice-albedo feedback in the soot case. The ideal metric of course would be a forcing that can be calculated easily and where every perturbation to the radiative balance had an relative efficacy of 1. Unfortunately, that metric has not yet been found!
La sensibilité climatique est une mesure de la variation de température d’équilibre globale de surface atmosphérique pour un forcage donné. Son unité est généralement des °C change par W/m² de forçage. Pour déterminer sa valeur, une expérience classique est de regarder le climat pour une concentration en CO₂ atmosphérique doublée ; ce qui fait que la sensibilité est donnée quelquefois donnée en terme de réchauffement pour un doublement du du CO₂(c.a.d. une augmentation de 280 ppm a 560 ppm). Le forçage pour un doublement du CO₂ est d’environ 4 W/m² ce qui implique qu’une sensibilité de 3°C pour un doublement est équivalente a une sensibilité de 0.75 °C/W/m². L’idée fondamentale est que si on connaît la somme de tous les forçages, il est alors possible d’estimer l’amplitude du changement de température induit.

Il est important de noter que les concepts de forçage radiatif et de sensibilité climatique sont des raccourcis empiriques que les climatologues trouvent utiles pour estimer l’impact de changements dans le bilan radiatif terrestre en termes de changements de températures. Quelques nuances doivent être mentionnées. Premièrement, il existe différentes manières de définir un forçage. La plus simple est le ‘forçage instantané’ – le changement est appliqué et la différence nette de radiation est estimée a la tropopause. Mais, en réalité, d’autres définitions, comme le ‘forçage ajusté’ donnent de meilleurs estimations du changement de température final. Ces autres forçages autorisent progressivement la mise en place de plus de rétroactions ‘rapides’ (les températures stratosphériques peuvent s’ajuster par exemple), mais le niveau de calcul augmente en retour.

Deuxièmement, tous les forçages ne sont pas égaux. En raison de différences dans les distributions verticales ou horizontales des forçages, certains changements peuvent avoir un effet sur les températures supérieur a celui directement proportionnel. Ceci peut être décrit comme un facteur relatif d’efficacité’, spécifique a chaque forçage. Par exemple, l’effet des suies a assombrir la neige et la glace de mer a une efficacité plus élevée qu’un changement équivalent en CO₂ avec le même forçage, principalement en raison d’une rétro-action glace-albédo dans le cas des suies. Idéalement, un forçage pourrait être quantifiée par une méthode facile et dans laquelle chaque perturbation du bilan radiatif aurait une efficacité relative de 1. Malheureusement, une telle méthode n’a pas encore été trouvée !

Isotopes can be thought of as different ‘flavours’ of a particular element (such as oxygen or carbon), that are distinguished by the number of neutrons in their nucleus (and hence their atomic mass). Carbon for instance most commonly has a mass of 12 (written as ¹²C), but there are also a small fraction of carbon atoms with mass 13 and 14 (¹³C and ¹⁴C), similarly oxygen is normally ¹⁶O, but with small amounts of ¹⁷O and ¹⁸O. All of the isotopes of an element behave in similar way chemically. However, because the mass of each isotope is slightly different there are certain physical processes that will discriminate (or ‘fractionate’) between them. For instance, during evaporation of water, it is slightly easier for the lighter isotopes to escape from the liquid, and so water vapour generally has less ¹⁸O than the liquid water from which it came. Because of these physical effects, looking at the ratio of one isotope to another can often be very useful in tracing where these atoms came from.