气候变化会增加在许多生态系统中发生突变和非线性变化的风险，这将影响到这些生态系统的生物多样性、繁殖力和功能。例如，即使水温持续升高仅仅1.0^oC，其自身或再加上任何其他的强迫（如过度的污染和淤积），就能导致珊瑚喷出他们的藻类（珊瑚白化；见图4-3和问题2），并最终导致珊瑚死亡以及可能的生物多样性的破坏。气候变化将使得适宜于一些陆栖和海栖物种的自然环境向极地或适宜于陆栖物种的向更高海拔的山地迁移。增强的不稳定性以及那些对某些物种定居所必需的自然环境和更为特殊的条件的改变将导致陆地和海洋生态系统发生突然而迅速的崩溃，其结果是出现新的植物和动物群体，而这些新群体具有比原先更少的生物多样性、更参杂的物种和增高的生物绝种的风险性（见问题3）。

生态系统中存在许多相互作用的非线性过程，并因此容易发生突变和临界效应，这是由主导变量如气候中相对小的变化所引起的。例如：

• 在作物的关键生长期内，如果温度升高超过某一临界值，就会影响作物的生长发育进而导致作物严重减产，而临界值本身是随作物和品种的不同而变化的。有关危害临界值影响作物关键生长期的例子有：水稻小穗不孕（在水稻开花和授粉过程中，如果温度大于35^oC超过1小时，将严重影响花的形成，并最终致使减产）；玉米花粉的活性降低（>35^oC）；小麦灌浆终止（当温度>30^oC超过8小时）；土豆的块茎形成及生长受阻（>20^oC）。如果温度超过了危害临界值，即使持续时间很短，也会造成这些作物严重减产。
• 红树林位于海洋和陆地的交界带，这是由于来自海洋的侵蚀过程和来自陆地的淤积过程之间的平衡所产生的。海洋的侵蚀过程预计会随着海平面的上升而增强，而淤积过程也会通过气候变化和其他人类活动（如沿海的发展）而变强。因此，对红树林的最终影响将取决于这两个过程之间的平衡，这个平衡将决定红树林系统是否向陆地或向海洋迁移。