Los cambios en el clima podrían aumentar el riesgo de cambios repentinos y no lineales en muchos ecosistemas, lo que podría afectar su diversidad biológica, productividad y funcionamiento. Por ejemplo, un incremento sostenido de la temperatura del agua de apenas 1°C, ya solo o en combinación con otros problemas (como la contaminación o el encenagamiento excesivos), podría hacer que los corales expulsen sus algas (decoloración de los corales; véase la Figura 4–3 y la Pregunta 2), ocasionar la muerte de los corales, y causar una posible pérdida de la diversidad biológica. El cambio climático también podría provocar el desplazamiento de los hábitat idóneos para muchos organismos terrestres y marinos hacia los polos, o de los hábitat en zonas montañosas hacia mayores altitudes. La mayor perturbación, junto con el desplazamiento de los hábitat y las condiciones más restrictivas necesarias para el establecimiento de las especies, podrían ocasionar un desequilibrio rápido y repentino en los ecosistemas terrestres y marinos y la aparición de nuevas agrupaciones de plantas y animales menos diversas y más débiles, y por lo tanto, más propensas a la extinción (véase la Pregunta 3).

Los sistemas ecológicos tienen muchos procesos no lineales que interactúan y les hacen vulnerables a cambios repentinos o los efectos de umbral derivados de cambios relativamente pequeños en las variables generadoras, entre las que figura el clima. Por ejemplo:

• El aumento de la temperaturas por encima de un valor de umbral crítico, que varía en cada cultivo y en cada variedad, puede afectar etapas fundamentales del desarrollo de algunos cultivos, y producir graves pérdidas en su rendimiento. Como ejemplos de esas etapas fundamentales en el desarrollo y sus valores de umbral críticos pueden mencionarse los casos de la esterilidad de la espiguilla, en el arroz (una temperatura por encima de los 35°C durante más de una hora durante el proceso de floración y polinización reduce considerablemente la formación de la flor y, por lo tanto, la producción de grano), la pérdida de viabilidad del polen, en el maíz (>35°C), la inversión de la aclimatación al frío, en el trigo (>30°C durante más de 8 horas), y la reducción en la formación y tamaño de los tubérculos, en la patata (>20°C). Las pérdidas de rendimiento de estos cultivos pueden ser grandes si las temperaturas sobrepasan estos valores críticos, incluso durante cortos períodos.
• Los manglares ocupan una zona de transición entre el mar y la tierra firme, que se establece debido al equilibrio entre los procesos de erosión causada por los mares y los procesos de encenagamiento que ocurren en la tierra. Se puede esperar que los procesos de erosión aumenten con la elevación del nivel del mar debida al cambio climático y a otras actividades humanas (por ejemplo el desarrollo de las zonas costeras). Por esto, el impacto sobre los bosques de mangles dependerá del equilibrio entre estos dos procesos, que determinará si los sistemas de manglares migran hacia tierra firme o hacia el mar.
  

Los cambios a gran escala en la cubierta de vegetación podrían afectar al cambio climático regional. Los cambios en las características de la superficie terrestre, como las creadas por la cubierta terrestre, pueden modificar los flujos de energía, agua y gases, y afectar la composición atmosférica, generando alteraciones en el clima local/regional y, por lo tanto, afectando al régimen de perturbaciones (como sucede en el Ártico). En zonas sin agua superficial (normalmente zonas áridas o semiáridas) la evapotranspiración y el albedo afectan al ciclo hidrológico local, por lo que una reducción de la cubierta vegetal podría producir una disminución de las precipitaciones a escala local/regional, y cambiar la frecuencia y persistencia de las sequías.