El cambio climático está provocando claramente cambios en los patrones meteorológicos, en particular en la frecuencia, intensidad, duración y calendario de los fenómenos meteorológicos y sus extremos, lo que se traduce en un aumento de los registros térmicos y las olas de calor, con un impacto sociológico, ecológico y físico en nuestro entorno. Entre 1951 y 1980, se registraron temperaturas estivales excepcionalmente altas en menos del 1% de la superficie terrestre. En aquella época, se pensaba teóricamente que las temperaturas excepcionales solo se producían con una probabilidad máxima del 0,13%, es decir, muy raramente. Sin embargo, estos fenómenos, poco frecuentes en aquella época, se registraron en cerca del 10% de la superficie terrestre en el periodo comprendido entre 2001 y 2010. Además, de 1979 a 2013, el periodo anual en el que pueden producirse incendios forestales aumentó una media de alrededor del 19% a escala mundial, aunque hay que tener en cuenta que el desencadenante de los incendios forestales suele ser de origen humano (por ejemplo, negligencias o incendios provocados).

Aunque pueda parecer contradictorio, el cambio climático también está contribuyendo a un invierno más extremo: como el calentamiento de la atmósfera retiene más vapor de agua, a finales de año, cuando las temperaturas descienden y condensan este vapor, se producen más nevadas. Este cambio es claramente visible en la imagen de la derecha: las variaciones de temperatura provocadas por el cambio climático influyen en los patrones meteorológicos. Por lo tanto, a pesar del calentamiento global, pueden seguir produciéndose episodios de frío extremo a nivel local, aunque se espera que ocurran con menos frecuencia.

Las precipitaciones, y en particular las lluvias torrenciales, son un fenómeno en el que la cantidad de lluvia (o nieve) registrada en un lugar determinado supera sustancialmente la norma y se prolonga durante un largo periodo de tiempo. El cambio climático y el calentamiento global pueden influir en la intensidad y la frecuencia de las precipitaciones: a medida que la atmósfera se calienta, aumenta la cantidad de agua que se evapora de los océanos, los lagos y el suelo y acaba en el aire. Los científicos han determinado que la atmósfera es capaz de retener un 4% más de vapor de agua por cada 1 °F más de calentamiento. Como consecuencia, el aire absorbe más vapor de agua, aumenta la cantidad de vapor en la atmósfera y, cuando se condensa, se producen fuertes e intensas precipitaciones. Los impactos de las precipitaciones sin control incluyen la erosión del suelo, daños a los cultivos y un mayor riesgo de inundaciones.

De media mundial, las precipitaciones intensas son cada vez más frecuentes y violentas, tanto en las zonas secas como en las húmedas. En la actualidad, alrededor del 18% de estas precipitaciones pueden atribuirse al calentamiento global. Sin embargo, el aumento de la frecuencia de las precipitaciones extremas puede variar mucho de una región a otra. El Mediterráneo, por ejemplo, se ha calentado considerablemente en las últimas décadas. Como consecuencia, se evapora más agua de sus aguas y es transportada hacia el norte debido a una cierta disposición de las zonas de alta y baja presión (depresión mediterránea); este fenómeno puede provocar un aumento de las precipitaciones intensas y de las inundaciones en Europa central.

Es difícil formular una definición de sequía universalmente aceptada porque la ciencia reconoce y clasifica diferentes tipos de sequía. Los factores naturales determinan dónde y cuándo se produce la sequía.

Los meteorólogos definen la sequía como un periodo prolongado de tiempo seco causado principalmente por la falta de precipitaciones, pero también puede considerarse como un desequilibrio prolongado entre las precipitaciones y la evaporación. El calentamiento global provoca una evaporación más intensa de la humedad del suelo a nivel local y, en consecuencia, una mayor probabilidad de sequías más intensas en determinadas zonas. Además, desde mediados del siglo XX, las zonas más secas de la Tierra se han ampliado, especialmente en África, el sur de Europa, el este y el sur de Asia, así como en muchas partes de las latitudes septentrionales, medias y altas. Esta situación provoca una grave escasez de agua para las poblaciones de estas zonas y daña nuestro sistema ecológico.

Como consecuencia del cambio climático, es probable que los ciclones tropicales se vean afectados de diversas maneras: por ejemplo, se esperan tormentas más fuertes con un aumento de las precipitaciones y de la velocidad del viento. Sin embargo, las posibles consecuencias del cambio climático también incluyen una disminución de la frecuencia general y una extensión hacia el polo, donde los ciclones alcanzan su máxima intensidad.

Los ciclones tropicales se originan sobre los océanos a una temperatura de 26 °C, porque necesitan el pulso del aire cálido y húmedo para formarse. Con el cambio climático, la temperatura del agua aumenta y, en consecuencia, también lo hace su evaporación, lo que significa que se suministra más energía a las tormentas. También se espera que, debido al aumento del vapor de agua en el aire, los futuros ciclones vayan acompañados de precipitaciones más intensas. Por otro lado, el calentamiento global reduce los movimientos ascendentes y descendentes del aire, mientras que aumenta los flujos horizontales, que se solapan entre sí y difieren en dirección y/o velocidad del viento. Esto ocurre, por ejemplo, a mayor altitud en las regiones de origen de los ciclones atlánticos en África central y occidental. Esta tendencia puede dificultar la formación de ciclones tropicales, por lo que su número total puede disminuir.

El cambio climático y el calentamiento global harán que la intensidad media global de los ciclones tropicales se desplace hacia tormentas más fuertes. La intensidad de estas tormentas aumentará entre un 2% y un 11% de aquí a 2100, con un incremento de las precipitaciones del 20%, lo que provocará en consecuencia más daños a su paso.

Los cambios en las tormentas eléctricas ya son evidentes cuando se producen hoy en día y la causa es el cambio climático: se prevé que en el futuro habrá más tormentas eléctricas extremas de corta duración debido al calentamiento global. Los estudios y los expertos han revelado que el aumento de las temperaturas intensificará las precipitaciones extremas en el futuro a un ritmo mucho mayor que las precipitaciones medias, con una tendencia hacia un fuerte aumento de las tormentas eléctricas de corta duración, pero violentas, caracterizadas también por fuertes vientos o tornados. Estos fenómenos meteorológicos extremos causarán daños por valor de miles de millones de euros.

Las tormentas eléctricas son el resultado de la interacción de diversos factores: para que se produzcan tormentas muy fuertes, siempre es necesario algún tipo de «mecanismo de elevación» que desencadene el ascenso del aire, o fuertes corrientes horizontales superpuestas, que difieren en dirección y velocidad del viento. En particular, el movimiento ascendente del aire húmedo y cálido desempeña un papel importante como fuente de energía en la formación de tormentas eléctricas. El vapor de agua contenido en este aire se condensa, liberando energía térmica e intensificando así el proceso de formación de tormentas. El calentamiento global hace que la atmósfera se caliente y absorba así más humedad, liberando más energía durante la condensación. Por lo tanto, se espera que se produzcan tormentas eléctricas más intensas en presencia de estas condiciones meteorológicas.

Sin embargo, debido a los numerosos factores que influyen y a la detección incompleta de las tormentas eléctricas, es difícil formular una opinión universalmente consensuada sobre su desarrollo general y los fenómenos meteorológicos asociados.

Una vez formadas, las tormentas eléctricas tienen el potencial de volverse aún más intensas y tener consecuencias más devastadoras de las que ya tienen en el clima actual.

La temperatura es el principal factor que determina si las precipitaciones caen sobre el suelo en forma de nieve, hielo o lluvia.

El aumento de las temperaturas ya está influyendo en los patrones de las nevadas. El sentido común nos dice que en un clima más cálido habrá menos nevadas, porque es probable que las temperaturas más cálidas derritan la nieve y la conviertan en lluvia antes de que toque el suelo, pero, contra intuitivamente, el calentamiento global puede provocar en realidad que las regiones más frías experimenten más nevadas a corto y medio plazo. La razón por la que esto puede ocurrir es que el aire más cálido «retiene» más humedad (los estudios han demostrado alrededor de un cuatro por ciento más por grado Fahrenheit) y esta humedad adicional puede caer en forma de nieve cuando las temperaturas son inferiores a cero. Lo que la gente no sabe sobre la nieve es que la nieve estacional, en particular, es una parte importante del sistema climático de la Tierra. Cuando la nieve se derrite, el agua ayuda a llenar ríos y embalses en muchas zonas. Es importante tener en cuenta que los cambios en la cantidad y el momento de las nevadas pueden afectar al suministro de agua disponible para los seres humanos.

La nieve actúa como un manto que protege el suelo y sus organismos de la variabilidad de la temperatura del aire. Cuando el suelo se congela, no puede absorber fácilmente nueva agua líquida, lo que provoca un aumento de la escorrentía y posibles inundaciones. Dado que una mayor fracción de las precipitaciones cae en forma de lluvia en lugar de nieve, también aumenta el riesgo de inundaciones.

Las olas de calor extremas están aumentando en frecuencia e intensidad debido al calentamiento global. El cambio climático está haciendo que las olas de calor, que solían ser acontecimientos esporádicos, sean más largas, extremas y frecuentes que antes.

Un nuevo estudio, publicado el 26 de julio de 2021, muestra cómo las olas de calor, que baten récords y son de larga duración, son cada vez más probables. Las olas de calor son algo natural, pero intensificado por las emisiones de gases de efecto invernadero. En particular, durante el verano en el hemisferio norte, la mitad septentrional del planeta está inclinada hacia el sol, lo que aumenta las horas de luz y calienta el hemisferio.

Las olas de calor se producen cuando la presión atmosférica sobre una zona aumenta debido a un sistema de altas presiones (anticiclón). Esto crea unas condiciones que provocan el hundimiento de la columna de aire, que se comprime, se calienta y a menudo se seca. El aire que se hunde actúa como un dosel (también conocido como cúpula térmica), atrapando el calor latente ya absorbido por el entorno y haciendo que la temperatura del aire aumente aún más. Aunque esto ocurre todos los veranos, ahora los efectos se ven amplificados por el calentamiento global. Esto es alarmante por todas las consecuencias que provocan las olas de calor, como los incendios, por no hablar de las complicaciones que estas olas acarrean para la salud humana: cuando hace mucho calor, el cuerpo humano no es capaz de refrigerarse eficazmente, de hecho normalmente nuestros cuerpos pueden refrigerarse a través del sudor, pero cuando la humedad es alta, el sudor no se evapora tan rápidamente, lo que puede provocar un golpe de calor y otras complicaciones (relacionadas con el corazón) especialmente para las personas mayores.