Si bien existe un subconjunto regional limitado de registros terrestres de los siglos XVII y XVIII, las mediciones instrumentales de las variables climáticas clave se han recopilado sistemáticamente y a escala global desde mediados del siglo XIX hasta principios del siglo XX.
Estos datos incluyen mediciones de temperatura superficial en tierra y mar, presión atmosférica a nivel del mar, precipitación sobre continentes y océanos, extensiones de hielo marino, vientos superficiales, humedad y mareas.
Dichos registros son los más confiables de todos los datos climáticos disponibles, ya que están fechados con precisión y se basan en instrumentos y principios físicos bien entendidos.
Se deben hacer correcciones por incertidumbres en los datos (por ejemplo, lagunas en el registro de observación, particularmente durante años anteriores) y por errores sistemáticos (como un sesgo de “isla de calor urbano” en las mediciones de temperatura realizadas en tierra).
Desde mediados del siglo XX, se dispone de una variedad de observaciones en el aire superior (por ejemplo, de temperatura, humedad y vientos), lo que permite que las condiciones climáticas se caractericen desde el suelo hacia arriba a través de la troposfera superior y la estratosfera inferior.
Desde la década de 1970, estos datos se han complementado con satélites geoestacionarios y de órbita polar y con plataformas en los océanos que miden la temperatura, la salinidad y otras propiedades del agua de mar.
Se han hecho intentos para llenar los vacíos en las mediciones tempranas mediante el uso de diversas técnicas estadísticas y modelos de “predicción hacia atrás” y asimilando las observaciones disponibles en modelos numéricos de predicción meteorológica.
Estas técnicas buscan estimar observaciones meteorológicas o variables atmosféricas (como la humedad relativa) que se han medido mal en el pasado.
Las mediciones modernas de las concentraciones de gases de efecto invernadero comenzaron con una investigación de las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono (CO2) por el científico climático estadounidense Charles Keeling en la cumbre de Mauna Loa en Hawai en 1958.
Los hallazgos de Keeling indicaron que las concentraciones de CO2 aumentaban constantemente en asociación con la combustión de combustibles fósiles, y también produjeron la famosa “curva de Keeling”, un gráfico en el que la tendencia ascendente a más largo plazo se superpone a pequeñas oscilaciones relacionadas con variaciones estacionales en la absorción y liberación de CO2 de la fotosíntesis y la respiración en la biosfera terrestre. Las mediciones de Keeling en Mauna Loa se aplican principalmente al hemisferio norte.
Teniendo en cuenta las incertidumbres, el registro climático instrumental indica tendencias sustanciales desde finales del siglo XIX, consistentes con el calentamiento de la Tierra. Estas tendencias incluyen un aumento en la temperatura de la superficie global de 0.9 ° C entre 1880 y 2012, una elevación asociada del nivel global del mar de 19–21 cm entre 1901 y 2010, y una disminución en cubierta de nieve en el hemisferio norte de aproximadamente 1.5 millones de kilómetros cuadrados.
Los registros de las temperaturas globales promedio mantenidas por la Organización Meteorológica Mundial (OMM) indican que los años 1998, 2005 y 2010 están estadísticamente vinculados entre sí como los años más cálidos desde que comenzó el mantenimiento de registros modernos en 1880. La OMM también señaló que la década 2001-10 fue la más cálida desde 1880.
Los aumentos en el nivel global del mar se atribuyen a una combinación de expansión del agua de mar debido al calentamiento del océano y la escorrentía de agua dulce causada por la fusión del hielo terrestre. Las reducciones en la capa de nieve son el resultado de temperaturas más cálidas que favorecen una temporada de invierno en constante disminución.
Los datos climáticos recopilados durante las dos primeras décadas del siglo XXI revelan que el calentamiento de la superficie entre 2005 y 2014 fue un poco más lento de lo esperado por el efecto de los aumentos de gases de efecto invernadero solo.
Este hecho a veces se usó para sugerir que el calentamiento global se había detenido o que experimentó un “hiato” o “pausa”. En realidad, este fenómeno parece haber sido influenciado por varios factores, ninguno de los cuales, sin embargo, implica que el calentamiento global se detuvo durante este período o que el calentamiento global no continuará en el futuro.
Un factor fue el aumento de la quema de calor debajo de la superficie del océano por los fuertes vientos alisios, un proceso asistido por las condiciones de La Niña. Los efectos de La Niña se manifiestan en forma de enfriamiento de las aguas superficiales a lo largo de la costa occidental de América del Sur.
Como resultado, el calentamiento en la superficie del océano se redujo, pero la acumulación de calor en otras partes del océano se produjo a un ritmo acelerado.
Otro factor citado por los climatólogos fue un aumento pequeño pero potencialmente importante en los aerosoles de la actividad volcánica, que pudo haber bloqueado una pequeña porción de la radiación solar entrante y que estuvo acompañado por una pequeña reducción en la producción solar durante el período.
Estos factores, junto con las oscilaciones naturales de décadas en el sistema climático, pueden haber enmascarado una parte del efecto invernadero. (Sin embargo, los climatólogos señalan que se espera que estos ciclos climáticos naturales aumenten el calentamiento en el futuro cuando las oscilaciones eventualmente inviertan la dirección).
Por estas razones, muchos científicos creen que es un error llamar a esta desaceleración en el calentamiento de superficie detectable un ” hiato “o una” pausa”.