A diferencia de las concentraciones de otros gases de efecto invernadero, la concentración de vapor de agua en la atmósfera no puede variar libremente.
En cambio, está determinado por la temperatura de la atmósfera y la superficie inferiores a través de una relación física conocida como la ecuación Clausius-Clapeyron, llamada así por el físico alemán del siglo XIX Rudolf Clausius y el ingeniero francés del siglo XIX Émile Clapeyron.
Bajo el supuesto de que hay una superficie de agua líquida en equilibrio con la atmósfera, esta relación indica que un aumento en la capacidad del aire para retener el vapor de agua es una función del aumento de la temperatura de ese volumen de aire.
Esta suposición es relativamente buena en los océanos, donde el agua es abundante, pero no en los continentes. Por esta razón, la humedad relativa (el porcentaje de vapor de agua que contiene el aire en relación con su capacidad) es aproximadamente del 100 por ciento en las regiones oceánicas y mucho menor en las regiones continentales (cerca del 0 por ciento en las regiones áridas).
No es sorprendente que la humedad relativa promedio de la atmósfera inferior de la Tierra sea similar a la fracción de la superficie de la Tierra cubierta por los océanos (es decir, aproximadamente el 70 por ciento).
Se espera que esta cantidad permanezca aproximadamente constante a medida que la Tierra se calienta o enfría.
Los cambios leves en la humedad relativa global pueden resultar de la modificación del uso de la tierra humana, como la deforestación tropical y el riego, que pueden afectar la humedad relativa sobre las áreas terrestres hasta escalas regionales.
La cantidad de vapor de agua en la atmósfera aumentará a medida que aumente la temperatura de la atmósfera.
Dado que el vapor de agua es un gas de efecto invernadero muy potente, incluso más potente que el CO2, el efecto invernadero neto se vuelve más fuerte a medida que la superficie se calienta, lo que conduce a un calentamiento aún mayor.
Esta retroalimentación positiva se conoce como “retroalimentación de vapor de agua”. Es la razón principal por la que la sensibilidad climática es sustancialmente mayor que el valor teórico establecido anteriormente de 0.25 ° C por cada aumento de 1 vatio por metro cuadrado de forzamiento radiativo.