Des études basées sur des modèles à haute résolution indiquent que, dans certaines régions, les pointes maximales des cyclones tropicaux pourraient augmenter de 5 à 10 % et le taux de précipitations pourrait augmenter de 20 à 30 % ; cependant, aucune de ces études ne met en évidence des changements quant à la situation géographique des cyclones tropicaux. Il y a peu de résultats de simulations cohérents en ce qui concerne les variations de la fréquence des cyclones tropicaux.

On ne dispose pas de suffisamment d’informations sur les risques de changements pour les phénomènes climatiques extrêmes à très petite échelle. Les modèles climatiques mondiaux n’incluent pas les phénomènes à très petite échelle (orages, tornades, grêle, tempêtes de grêle, et foudre).

Le forçage par les gaz à effet de serre au cours du XXIe siècle pourrait déclencher des changements à grande échelle, à fortes incidences, non linéaires et potentiellement abrupts au sein des systèmes physiques et biologiques au cours des décennies ou des millénaires à venir, avec des effets connexes probables.

Le système climatique inclut de nombreux processus soumis à des interactions complexes non linéaires, qui peuvent créer, au sein du système climatique, des seuils (et donc des changements potentiellement abrupts) susceptibles d’être franchis en cas de perturbation suffisamment importante du système. Parmi ces changements figurent une augmentation importante des émissions de gaz à effet de serre par les écosystèmes terrestres, imputable au climat ; l’arrêt de la circulation thermohaline (THC ; voir Figure 4–2), et l’effondrement des inlandsis antarctique et groenlandais. Pour certains d’eux, la probabilité de concrétisation au cours du XXIe siècle est faible ; cependant, le forçage par gaz à effet de serre au cours du XXIe siècle pourrait provoquer des changements susceptibles d’entraîner de telles transitions au cours des siècles suivants (voir Question 5). Certains de ces changements (ceux concernant la THC, par exemple) pourraient être irréversibles sur des échelles temporelles allant de siècles à des millénaires. Les mécanismes en jeu et la probabilité des échelles temporelles de ces changements sont entachés d’un grand degré d’incertitude ; cependant, des données obtenues à partir des carottes de glace polaire mettent en évidence des changements des régimes atmosphériques sur une échelle de quelques années, et des changements hémisphériques à grande échelle en quelques décennies seulement, avec effets importants sur les systèmes biophysiques.

D’importants changements d’origine climatique au niveau des sols et de la végétation pourraient se produire au XXIe siècle et entraîner d’autres changements climatiques à la suite de l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre. L’interaction du réchauffement mondial avec d’autres contraintes environnementales et les activités humaines pourrait conduire à la destruction rapide des écosystèmes. Un des exemples de cette interaction est celui de la sécheresse qui affecte les toundras, les forêts boréales, les forêts tropicales, et leurs tourbières, les rendant ainsi vulnérables aux incendies. La destruction de ces écosystèmes risque d’entraîner d’autres changements climatiques suite à l’augmentation des émissions de CO₂ et d’autres gaz à effet de serre par les végétaux et les sols et à la modification des propriétés des surfaces et de l’albédo.

La probabilité de fortes augmentations rapides du CH4 dans l’atmosphère, dues à des réductions au niveau du puits chimique atmosphérique ou à l’émission de CH4 provenant de réservoirs enfouis, semble exceptionnellement faible. L’augmentation rapide de la durée de vie du CH4, qui est possible en cas d’émissions importantes de polluants troposphériques, ne se produit pas dans l’éventail de scénarios du RSSE. Le réservoir de CH4 enfoui dans des dépôts hydratés solides sous le pergélisol et les sédiments océaniques est énorme, plus de 1 000 fois la teneur atmosphérique actuelle. Une rétroaction climatique se produit lorsque les hydrates se décomposent à la suite d’un réchauffement et libèrent de grandes quantités de CH4 ; cependant, la plus grande partie du CH4 gazeux ainsi libéré est décomposée par des bactéries présentes dans les sédiments et les couches d’eau, ce qui limite les quantités émises dans l’atmosphère, sauf dans le cas d’émissions bulleuses explosives. La rétroaction n’a pas été quantifiée, mais aucune observation ne permet de mettre en évidence une émission massive et rapide de CH4 dans les données relatives au CH4 atmosphérique au cours des 50 000 dernières années.