Изменение климата явно приводит к изменениям в погодных моделях, в частности к увеличению частоты, интенсивности, продолжительности и времени возникновения атмосферных явлений и их экстремальных проявлений, что приводит к увеличению числа рекордных температур и волн тепла, оказывая социальное, экологическое и физическое воздействие на нашу окружающую среду.
С 1951 по 1980 год исключительно высокие летние температуры регистрировались менее чем на 1% поверхности Земли. В то время считалось, что такие исключительные температуры теоретически возможны с максимальной вероятностью 0,13%, то есть очень редко. Однако эти, тогда редкие, явления были зафиксированы примерно на 10% поверхности Земли в период с 2001 по 2010 год.
Кроме того, с 1979 по 2013 год средняя продолжительность пожароопасного периода в году увеличилась примерно на 19% по всему миру, хотя стоит отметить, что причиной лесных пожаров часто является человеческий фактор (например, небрежность или поджоги).

Хотя это может показаться противоречивым, изменение климата также способствует более экстремальной зиме: так как потепление атмосферы удерживает больше водяного пара, позднее в году, когда температура понижается и водяной пар конденсируется, выпадает больше снега.
Это изменение ясно видно на изображении справа: изменения температуры, вызванные изменением климата, влияют на погодные модели. Несмотря на глобальное потепление, локально все еще могут происходить экстремальные холодные явления, хотя ожидается, что они будут случаться реже.

Дожди, особенно проливные осадки, — это явление, при котором количество выпавших осадков (дождя или снега) в определённом месте значительно превышает норму и продолжается в течение длительного времени. Изменение климата и глобальное потепление могут повлиять на интенсивность и частоту осадков: по мере потепления атмосферы увеличивается количество воды, испаряющейся из океанов, озёр и почвы, которая затем попадает в воздух. Учёные установили, что атмосфера способна удерживать на 4% больше водяного пара на каждый градус по Фаренгейту (примерно 0,55°C) повышения температуры. В результате воздух содержит больше водяного пара, и когда он конденсируется, происходят сильные и интенсивные осадки. Последствия интенсивных осадков включают: эрозию почвы, повреждение сельскохозяйственных культур и увеличение риска наводнений.

В среднем по планете интенсивные осадки становятся всё более частыми и мощными, как в сухих, так и во влажных районах. В настоящее время около 18% таких осадков можно отнести к последствиям глобального потепления. Тем не менее, рост частоты экстремальных осадков может сильно различаться от региона к региону. Например, Средиземноморье значительно потеплело за последние десятилетия. В результате из его вод испаряется больше воды, которая затем переносится на север за счёт определённого распределения зон высокого и низкого давления (средиземноморская депрессия); это явление может привести к увеличению количества сильных дождей и наводнений в Центральной Европе.

Дать универсальное определение засухи сложно, поскольку наука признаёт и классифицирует несколько типов этого явления. Природные факторы определяют, где и когда наступает засуха.

Метеорологи определяют засуху как продолжительный период сухой погоды, в основном вызванный отсутствием осадков, но её также можно рассматривать как длительный дисбаланс между осадками и испарением. Глобальное потепление приводит к более интенсивному испарению влаги из почвы на местном уровне, в результате чего в определённых районах возрастает вероятность более частых и сильных засух. Кроме того, с середины XX века засушливые районы Земли расширяются — особенно в Африке, южной Европе, Восточной и Южной Азии, а также во многих частях средних и высоких широт Северного полушария. Эта ситуация вызывает серьёзную нехватку воды для населения, проживающего в этих регионах, и наносит ущерб нашей экологической системе.

Из-за изменения климата тропические циклоны, вероятно, будут меняться разными способами: например, ожидается усиление самых мощных штормов, с увеличением осадков и скорости ветра. Однако возможными последствиями изменения климата могут быть также общее снижение частоты циклонов и смещение зон их наибольшей интенсивности ближе к полюсам.

Тропические циклоны формируются над океанами при температуре воды не ниже 26°C, поскольку для их образования необходим приток тёплого и влажного воздуха. С изменением климата температура воды повышается, а вместе с ней и испарение, что означает больше энергии для штормов. Также предполагается, что из-за увеличения количества водяного пара в атмосфере будущие циклоны будут сопровождаться более интенсивными осадками. С другой стороны, глобальное потепление ослабляет вертикальные потоки воздуха (вверх и вниз) и усиливает горизонтальные потоки, которые могут накладываться друг на друга и отличаться по направлению и/или скорости. Это происходит, например, на больших высотах в районах происхождения атлантических циклонов в Центральной и Западной Африке. Такая тенденция может препятствовать формированию тропических циклонов, в результате чего их общее количество может уменьшиться.

Изменение климата и глобальное потепление приведут к тому, что средняя глобальная интенсивность тропических циклонов будет смещаться в сторону более сильных штормов. Ожидается, что интенсивность таких штормов увеличится на 2–11% к 2100 году, а количество осадков возрастёт примерно на 20%, что, в свою очередь, приведёт к более серьёзным разрушениям.

Изменения в грозах уже заметны сегодня, и причиной этого является изменение климата: ожидается, что в будущем будет больше экстремальных кратковременных гроз из-за глобального потепления. Исследования и эксперты показали, что повышение температуры в будущем значительно усилит экстремальные осадки, при этом кратковременные, но очень сильные грозы, часто сопровождающиеся сильными ветрами или смерчами, будут происходить чаще. Эти экстремальные погодные явления приведут к ущербу на миллиарды евро.

Грозы возникают в результате взаимодействия множества различных факторов: для возникновения очень сильных гроз всегда необходим некий «механизм подъёма», который вызывает подъём воздуха, или сильные горизонтальные потоки воздуха, движущиеся с разной скоростью и в разных направлениях. В частности, восходящее движение влажного и тёплого воздуха играет важную роль как источник энергии для формирования гроз. Водяной пар в этом воздухе конденсируется, выделяя тепловую энергию и усиливая процесс образования гроз. Глобальное потепление приводит к тому, что атмосфера нагревается и удерживает больше влаги, выделяя больше энергии во время конденсации. Ожидается, что при таких условиях грозы будут становиться более интенсивными.

Однако из-за множества факторов влияния и неполных данных о грозах трудно выработать универсальное мнение о глобальном развитии этих явлений и связанных с ними погодных условиях.

После формирования грозы имеют потенциал стать ещё более интенсивными и привести к более разрушительным последствиям, чем в текущем климате.

Температура — главный фактор, определяющий, выпадают ли осадки в виде снега, льда или дождя.

Повышение температур уже влияет на характер снегопадов. Здравый смысл подсказывает, что в более теплом климате снега будет меньше, потому что более высокие температуры скорее растопят снег и превратят его в дождь ещё до того, как он достигнет земли. Однако, вопреки интуиции, глобальное потепление может привести к увеличению количества снегопадов в более холодных регионах в краткосрочной и среднесрочной перспективе. Это связано с тем, что тёплый воздух удерживает больше влаги (исследования показывают примерно на 4% больше влаги на каждый градус по Фаренгейту), и эта дополнительная влага может выпадать в виде снега при температуре ниже нуля. Мало кто знает, что сезонный снег — важная часть климатической системы Земли. Когда снег тает, вода пополняет реки и водохранилища во многих регионах. Важно отметить, что изменения в количестве и сроках снегопадов могут влиять на доступность воды для людей.

Снег действует как покрывало, защищающее почву и живые организмы в ней от резких изменений температуры воздуха. Когда почва замерзает, она хуже впитывает новую жидкую воду, что приводит к увеличению стока и повышенному риску наводнений. Поскольку всё больше осадков выпадает в виде дождя, а не снега, возрастает и риск наводнений.

Экстремальные тепловые волны становятся всё более частыми и интенсивными из-за глобального потепления. Изменение климата делает тепловые волны, которые ранее были редкими явлениями, более продолжительными, экстремальными и частыми.

Новое исследование, опубликованное 26 июля 2021 года, показывает, что рекордно продолжительные и сильные тепловые волны становятся всё более вероятными. Тепловые волны — это естественное явление, но усиливающееся из-за выбросов парниковых газов. Особенно летом в северном полушарии северная часть планеты наклонена к солнцу, что увеличивает количество световых часов и нагревает полушарие.

Тепловые волны возникают, когда атмосферное давление над территорией накапливается из-за системы высокого давления (антициклона). Это создаёт условия для опускания воздушного столба, который сжимается, нагревается и часто высыхает. Опускающийся воздух действует как «тепловой колпак», задерживая уже накопленное тепло и вызывая дальнейшее повышение температуры воздуха. Хотя это происходит каждое лето, сейчас эти эффекты усиливаются глобальным потеплением. Это вызывает беспокойство из-за всех последствий тепловых волн, таких как пожары, а также проблем со здоровьем человека: при сильной жаре тело не может эффективно охлаждаться. Обычно организм охлаждается за счёт потоотделения, но при высокой влажности пот испаряется медленнее, что может привести к тепловым ударам и другим осложнениям (особенно сердечным), особенно у пожилых людей.