La Terre reçoit de l’énergie du Soleil, principalement sous forme de lumière, dont une partie est absorbée et réchauffe la planète, la faisant rayonner de l’énergie sous forme de chaleur, ou rayonnement infrarouge, et résultant en un équilibre entre l’énergie entrante et sortante. Divers facteurs affectent la quantité de lumière solaire absorbée et la vitesse à laquelle l’énergie est rayonnée par la Terre. Lorsque ces facteurs restent constants sur une période, on peut s’attendre à ce que les flux d’énergie s’équilibrent à une température annuelle moyenne particulière, avec la même quantité d’énergie sortante que entrante. Si l’un de ces facteurs change, cela peut entraîner un décalage entre l’énergie entrante et sortante, entraînant une augmentation ou une diminution globale des températures moyennes mondiales. Une définition générale du forçage radiatif est le degré de changement, positif ou négatif, de cet équilibre, et il est normalement exprimé en watts par mètre carré (W/m2).
Dans le contexte du changement climatique, une définition plus spécifique du forçage radiatif — approuvée par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) — est la mesure dans laquelle un facteur modifie le bilan énergétique dans la troposphère, le niveau le plus bas de l’atmosphère, où presque tout notre temps a lieu. Selon le GIEC, en utilisant 1750 comme date de référence représentative de l’époque préindustrielle, la valeur globale du forçage radiatif a été estimée à +1.6 W/m2 en 2007. Les facteurs affectant le bilan énergétique peuvent être naturels ou artificiels. Les facteurs naturels comprennent les variations de la production d’énergie du Soleil et la poussière dans l’atmosphère produite par les éruptions volcaniques. Ce sont cependant les facteurs anthropiques qui sont les plus préoccupants : il est largement admis que les activités humaines contribuent au forçage radiatif positif, conduisant à une augmentation globale des températures à l’échelle mondiale.
La combustion de combustibles fossiles depuis la révolution industrielle a augmenté les quantités de certains gaz, notamment le dioxyde de carbone (CO2), et les aérosols, tels que les particules de fumée et de suie, dans l’atmosphère. Les effets du CO2 sont bien compris. Il est essentiellement transparent à la lumière du soleil, mais absorbe l’infrarouge, de sorte que tout en laissant entrer l’énergie du soleil, il entrave le rayonnement de chaleur vers l’extérieur, ce qui entraîne un forçage radiatif positif. On estime que les niveaux de CO2 dans l’atmosphère sont passés d’environ 270 parties par million (ppm) à l’époque préindustrielle à près de 390 ppm en 2010.
Le forçage radiatif des aérosols est plus difficile à quantifier, car les différents aérosols varient dans leur transparence, leur réflectivité et leur absorption en ce qui concerne la lumière et la chaleur. En règle générale, les particules de suie et de fumée auront tendance à absorber la chaleur et à contribuer au forçage radiatif positif, tandis que les aérosols plus réfléchissants tels que les sulfates, qui résultent de la combustion de carburants contenant du soufre, pourraient avoir un effet négatif. Les estimations des effets des aérosols sont compliquées par le fait qu’elles pourraient également réduire la quantité de lumière solaire atteignant la surface.