Наблюдения показывают, что изменения происходят в количестве, интенсивности, частоте и виде осадков. Эти характеристики осадков в общем характеризуются большой естественной изменчивостью, и значительное влияние оказывают Эль-Ниньо и изменения в профилях атмосферной циркуляции, такие как Североатлантическое колебание. Выраженные долговременные тренды в период 1900-2005 годов наблюдались в количестве осадков в некоторых местах: значительно влажнее в восточной части Северной и Южной Америки, на севере Европы, на севере и в центральной части Азии, а суше - в Сахеле, южной Африке, Средиземноморье и на юге Азии. В северных регионах сейчас больше осадков выпадает в виде дождя, а не снега. Наблюдается повсеместный рост числа значительных случаев выпадений осадков, даже в местах, где общее количество осадков уменьшилось. Эти изменения связаны с увеличением выбросов водяного пара в атмосферу вследствие потепления океанов, особенно в нижних широтах. В некоторых регионах также наблюдается увеличение числа случаев как засухи, так и наводнений.
Осадки – это общий термин для дождя, снега и других форм замерзшей или жидкой воды, выпадающей из облаков. Осадки – прерывистое явление, и характер осадков, когда они выпадают, сильно зависит от температуры и синоптической обстановки. Последняя определяет поступление влаги с ветром и через поверхностное испарение, а также то, как она собирается в бурю в виде облаков. Осадки образуются по мере конденсации водяного пара, обычно в восходящем воздухе, который расширяется и поэтому остывает. Восходящее движение обусловлено подъемом воздуха через горы, движением теплого воздуха над более холодным (теплым фронтом), вталкиванием более холодного воздуха под более теплый (холодным фронтом), конвекцией от местного нагрева поверхности, другими погодными и облачными системами. Таким образом, изменения в любой из этих характеристики изменяют осадки. Поскольку карты осадков, как правило, неполные, то общие тенденции касательно осадков демонстрирует индекс интенсивности засухи Палмера (см. рис. 1), представляющий собой меру влажности почвы с учетом осадков и приблизительных оценок изменений в испарении.
Следствием повышенного нагрева вследствие антропогенного расширенного парникового эффекта является повышенное испарение, при условии наличия достаточной поверхностной влаги (как это всегда имеет место над кеанами и другими влажными поверхностями). Следовательно, поверхностная влага по сути дела действует как «кондиционер воздуха», так как используемое для испарения тепло служит для увлажнения воздуха, а не для его нагрева. Наблюдаемое последствие этого – то, что лето часто бывает теплым и сухим либо холодным и влажным. В восточных районах Северной и Южной Америки, где стало влажнее (рис. 1), температура поэтому повысилась меньше, чем где-либо (изменение числа теплых дней см. в ЧЗВ 3.3, рис. 1). Зимой над северными континентами, однако, большее количество осадков связано с повышением температуры, так как водоудерживающая способность атмосферы в более теплых условиях повышается. В тех регионах, однако, где осадки обычно несколько больше, повышение температуры (ЧЗВ 3.1) ускорило высыхание, из-за чего это изменение осадков на рис. 1 менее очевидно.
По мере изменения климата количество, интенсивность, частота и тип осадков изменяются и под прямым влиянием некоторых других факторов. Потепление ускоряет высыхание земной поверхности и повышает потенциальную вероятность и интенсивность засухи, что наблюдается во многих местах земного шара (рис. 1). Однако, хорошо обоснованный физический закон (уравнение Клапейрона-Клаузиуса) определяет, что водоудерживающая способность атмосферы возрастает приблизительно на 7% при каждом повышении температуры на 1°C. Наблюдения тенденций относительной влажности неопределенные, но показывают, что в целом она оставалась приблизительно той же самой, от поверхности и до тропосферы включительно; следовательно, повышение температуры приведет к увеличению количества водяного пара. На основании изменений температуры на поверхности моря в ХХ веке сделано предположение о том, что содержание водяного пара в атмосфере над океанами возросло приблизительно на 5%. Поскольку осадки являются следствием в основном погодных систем, которые питаются водяным паром, находящимся в атмосфере, это в общем повысило интенсивность осадков и риск сильных дождей и снегопадов. Фундаментальная теория, климатические модели, эмпирические доказательства – все это подтверждает, что потепление климата вследствие повышения содержания водяного пара приводит к более интенсивным осадкам, даже в том случае, если годовое количество осадков слегка уменьшается, с перспективой еще более сильных осадков, когда общее количество осадков увеличивается. Поэтому более теплый климат повышает риск как засухи – когда нет дождя – так и наводнения – когда дождь идет – но в разное время и (или) разных местах. Например, лето 2002 года в Европе принесло повсеместные наводнения, однако спустя год, в 2003 году, последовала рекордная жара и засуха. На распределение и сроки наводнений и засухи наиболее сильно влияет цикл Эль-Ниньо, особенно в тропиках и на большей части средних широт стран западного побережья Тихого океана.
В районах, где аэрозольное загрязнение маскирует землю от прямого солнечного света, уменьшение испарения сокращает общее поступление влаги в атмосферу. Следовательно, даже при том, что возможность более сильных осадков вытекает из увеличения количестве водяного пара, продолжительность и частота осадков могут уменьшиться, потому что для перезарядки атмосферы водяным паром требуется больше времени.
Местные и региональные изменения в характере осадков также сильно зависят от профилей атмосферной циркуляции, определяемых Эль-Ниньо, Североатлантическим колебанием (САК; это мера силы западного ветра над Северной Атлантикой зимой) и другими режимами изменчивости. Некоторые из этих наблюдаемых изменений циркуляции связаны с изменением климата. Связанный с ними сдвиг в траекториях циклонов делает некоторые регионы более влажными, а некоторые – часто близлежа}щие – более сухими, способствуя усложнению характера изменений. Например, в европейском секторе более положительное САК в 1990-е годы привело к более влажным условиям в северной части Европы и более сухим – в Средиземноморье и северных регионах Африки. Затяжная засуха в Сахеле (см. рис. 1), резко выраженная в период с конца 1960-х до конца 1980-х годов, продолжается, хотя она и не настолько сильная, как раньше; через изменения в атмосферной циркуляции она была связана с изменениями в режимах температур поверхности тропических морей в бассейнах Тихого, Индийского и Атлантического океанов. Засуха распространилась по большей части Африки и стала более привычной в тропиках и субтропиках.
По мере роста температуры вероятность выпадения осадков в виде дождя, а не снега, повышается, особенно осенью и весной в начале и конце снежного сезона, а также в областях, где температуры близки к точке замерзания.
Такие изменения наблюдаются во многих местах, особенно над сушей в средних и высоких широтах северного полушария, что приводит к усилению дождей и уменьшению снегопадов, следовательно, к сокращению водных ресурсов летом, когда они более всего нужны. Тем не менее, часто неоднородная и нерегулярная природа осадков означает, что наблюдаемый характер изменений – сложный. Долгосрочные наблюдения подчеркивают, что характер осадков из года в год несколько меняется, и даже затяжная многолетняя засуха обычно прерывается годом сильных ливней; например, когда чувствуется влияние Эль-Ниньо. В качестве примера можно привести влажную зиму 2004-2005 гг. на юго-западе США после шестилетней засухи и отсутствия обычных снегопадов.