La sensibilidad climática se expresa como el cambio en la temperatura global para un determinado forzamiento (ej. cambio en °C por W/m2 de forzamiento). De manera más habitual, se expresa como el calentamiento derivado de duplicar el CO (p.ej. de 280 ppm a 560 ppm).

Sensibilidad climática por modelos

Las primeras estimaciones de la sensibilidad climática procedían de los modelos climáticos.

• En el informe de Charney de 1979, dos modelos de Suki Manabe y Jim Hansen estimaron un rango de sensibilidad de entre 1,5 y 4,5°C.
• Forest 2002 utiliza un enfoque de detección óptima sobre los registros de temperatura moderna y encuentra un rango de 1,4 a 7,7°C.
• Knutti 2005 utiliza la modelización (introduciendo diferentes sensibilidades y comparándolo con las respuestas estacionales) para encontrar un un rango en la sensibilidad climática de 1,5 a 6,5°C (con 3 a 3,5 como el más probable).
• Hegerl 2006 mira los datos paleontológicos de los últimos 6 siglos y calcula un rango de 1,5 a 6,2°C.
• Annan 2006 combina resultados de varios métodos independientes para constreñir la sensibilidad climática a en torno a 2,5 a 3.5°C.
• Royer 2007 examina la respuesta de la temperatura al CO2 durante los útlimos 420 millones de años y determina que la sensibilidad climática no puede ser inferior a 1,5°C (con el mejor encaje de 2,8°C).

Sensibilidad climática por observaciones empíricas

Ha habido una serie de estudios que calculan la sensibilidad climática directamente a partir de observaciones empíricas, independientes de los modelos.

• Lorius 1990 examinó los núcelos de hielo de Vostok y calcula un rango de 3 a 4°C.
• Hoffert 1992 reconstruye dos registros paleoclimáticos (uno más frío y otro más cálido) que arrojan un rango de 1,4 a 3,2°C.
• Hansen 1993 mira los últimos 20.000 años cuando finalizó la última glaciación y calcula empí­ricamente una sensibilidad climática de 3 ± 1°C.
• Gregory 2002 utilizó observaciones de la absorción calórica del océano para calcular una sensibilidad climática mínima de 1.5.
• Chylek 2007 examina el periodo desde el último máximo glacial (LGM) a la transición al Holoceno. Calcula un rango de sensibilidad climática de 1,3°C a 2.3°C.
• Tung 2007 realiza un análisis estadístico sobre la respuesta de la temperatura al ciclo solar durante el siglo XX para calcular un rango de 2,3 a 4,1°C.

La sensibilidad climática de 1,1°C de Stephen Schwartz

Un estudio reciente (Capacidad calórica, constante temporal y sensibilidad del sistema climático terrestre) determina una sensibilidad climática de 1,1 ± 0.5°C (Schwartz 2007). Calcula la sensibilidad como el cociente de la "constante temporal" del clima y la capacidad calórica global. La "constante temporal", el tiempo que tarda el sistema climático en volver al equilibrio tras una perturbación, es un aspecto clave de este estudio. Schwartz examina los resultados de varios análisis de series temporales y estima una constante temporal de 5 años.

Sin embargo, como Schwartz señala en su estudio, el clima se recupera a diferentes velocidades dependiendo de la naturaleza del forzamiento que está causando la pertirbación. Un cambio de corto plazo como una erupción volcánica produce una breve constante solar de unos pocos años. Un aumento de largo plazo en los niveles de CO2 producen una recuperación que abarca décadas. Schwartz señala correctamente que "puesto que la duración del forzamiento volcánico es corto, el tiempo de respuesta puede no reflejar el que caracterizaría a un forzamiento sostenido como el derivado del aumento de gases de efecto invernadero por la falta de penetración de la señal térmica en el océano profundo."

Sin embargo, Schwartz filtra los cambios de largo plazo eliminando la tendencia de las series temporales de datos, lo que tiene el efecto de influir en el resultado hacia una constante temporal más corta. La constante temporal para los datos sin filtrar arroja una constante temporal de 15 a 17 años. Por consiguiente, la constante temporal estimada de 5 años es cuestionable (un valor del que depende el resultado final).