Pour de nombreux écosystèmes, l’évolution climatique pourrait accroître le risque de changements abrupts et non linéaires, ce qui pourrait avoir des répercussions sur leur fonction, leur biodiversité et leur productivité. Par exemple, des augmentations prolongées des températures de l’eau, même de l’ordre de 1°C, isolément ou associées à d’autres contraintes (pollution excessive et envasement, par exemple), peuvent provoquer des efflorescences d’algues sur les récifs coralliens (blanchissement du corail ; voir Figure 4-3 et Question 2) et, éventuellement, la disparition de certains coraux, accompagnée d’un risque d’appauvrissement de la biodiversité. Suite aux changements climatiques, des habitats adaptés à de nombreux organismes terrestres et marins seront déplacés vers les pôles, ou des habitats terrestres seront déplacés vers des altitudes plus élevées dans les régions de montagnes. L’aggravation des perturbations, le déplacement des habitats, et des conditions plus restrictives nécessaires à l’établissement des espèces pourraient être à l’origine d’une dégradation soudaine et rapide des écosystèmes marins et terrestres, et par conséquent de l’existence de systèmes végétaux et animaux moins diversifiés, abritant des espèces plus « fragiles », beaucoup plus menacées par le risque d’extinction (voir Question 3).

Un grand nombre de processus non linéaires interactifs existent au sein des écosystèmes, et ces derniers subissent des changements abrupts et des effets de seuils dus à des modifications relativement faibles des variables des forces motrices, telles que le climat.
Des exemples de ces changements sont indiqués ci-après :

• Une élévation de température au-delà d’un certain seuil, variable selon les cultures et les variétés, peut influer sur des stades clés du développement pour certaines cultures et diminuer considérablement les rendements agricoles. La stérilité des épillets du riz (des températures supérieures à 35°C pendant plus d’une heure pendant le processus de floraison et de pollinisation diminuent la formation de fleurs et, à terme, la production de grain), la réduction de la viabilité du pollen pour les cultures de maïs (>35°C), la disparition de la résistance au froid du blé (>30°C pendant plus de 8 heures), et un développement et un grossissement moins importants de tubercules pour les cultures de pommes de terre (>20°C), sont des exemples de stades clés du développement et de leurs seuils critiques. Pour ces cultures, les baisses de rendements peuvent être très importantes si les températures dépassent des limites critiques, même pendant très peu de temps.
• Les mangroves occupent une zone de transition entre la mer et la terre qui est le résultat d’un équilibre entre les processus d’érosion par la mer et les processus d’envasement par la terre. On peut s’attendre à une augmentation de l’érosion par la mer qui accompagnera l’élévation du niveau de la mer, ainsi qu’à celle du processus d’envasement en raison des changements climatiques et des activités humaines (développement côtier, par exemple). Les effets sur les forêts de mangroves dépendront donc de l’équilibre entre ces deux processus, qui détermineront si l’expansion des mangroves s’effectuera vers la terre ou vers la mer.
  

Des changements à grande échelle de la couverture végétale pourraient influer sur le climat régional. Des changements des caractéristiques de la surface terrestre, tels que ceux créés par la couverture terrestre, peuvent modifier les flux d’énergie, d’eau, et de gaz, influer sur la composition de l’atmosphère et modifier le climat local/régional, ce qui affectera le régime de perturbations (dans l’Arctique, par exemple). Dans les zones sans eaux de surface (de type semi-arides ou arides), l’évapotranspiration et l’albédo influent sur le cycle hydrologique local ; ainsi, une réduction de la couverture végétale pourrait entraîner une réduction des précipitations à l’échelle locale/régionale et modifier la fréquence et la durée des sécheresses.