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近百年来的气候变化问题已经给全球的自然生态系统、社会经济系统及人类的生存带来了不可逆转的影响，接连发生的热浪、干旱、洪水、强降雨等极端气候与极端天气，显示了生态系统和人类社会在气候变化面前的脆弱性。
全球变暖不仅会导致冰川融化、物种灭绝，也会导致人的健康状况持续下降。研究发现，气候变化可能会导致新生儿早产率增加，甚至让其智商变低。当气温超过32.2℃时，出生率会增加5%，妊娠期会平均缩减6.1天，有些婴儿甚至会提前两周出生；空气中的二氧化碳浓度升高会让人变笨，如果任由空气中和室内的二氧化碳浓度持续增加，到2100年，人类将变迟钝。
根据俄罗斯《科学信息》杂志报道，全球变暖会导致人的居住环境发生变化。科研人员发现，在降水比较多的部分陆地地区，由于水位上升，人们饮用最多的是靠近地表的水，而地表水的水质也会因地表物质污染而下降，人们饮用了这样的水，就会患上诸如皮肤病、心血管疾病、肠胃病等各类疾病。随着居住环境的变化，人的机体抵抗力和适应能力都会下降，肠伤寒、痢疾、疟疾、兔热病等传染性疾病就会成为常见疾病。而在另外一些气候变得更加干旱、逐渐荒漠化的地区，由于缺水，化学污染和生物污染程度会更加严重，人们被迫饮用水质不好的水而引发诸多疾病。
同时，全球变暖可能加大人患病的危险和死亡率，使传染病传播加快。高温会给人类的循环系统增加负担，热浪会引起死亡率的增加。由昆虫传播的疟疾及其他传染病与温度有很大的关系，随着温度升高，可能使许多国家疟疾、淋巴丝虫病、血吸虫病、黑热病、登革热、脑炎的传播增加。在高纬度地区，这些疾病传播的危害性可能会更大。
世界银行于2021年9月13日发布的更新版风潮（GroundsweII）报告发现，气候变化日益成为移民的强大驱动因素，在2050年之前可能迫使全球六大地区2.16亿人在本国国内迁移。国内气候移民的热点地区最早可能出现在2030年，2050年之前将持续扩大。报告还发现，立即采取一致行动减少全球排放量并支持绿色、包容和韧性发展，可使气候移民规模缩小达80%。
由于对生计的影响和高风险地区宜居性的丧失，气候变化成为国内移民的强大驱动因素。预计到2050年，撒哈拉以南非洲地区国内气候移民有可能达到8600万，东亚太平洋地区4900万人，南亚地区4000万人，北非地区1900万人，拉丁美洲地区1700万人，东欧及中亚地区500万人。
全球变暖导致了洪涝和干旱等气候灾害频繁发生。全球平均气温略有上升，就可能带来频繁的气候灾害，如过多降雨、大范围干旱和持续高温，引发经济和社会的损失。一方面，全球变暖导致全球水循环加快，陆地及海洋蒸发量增加引起有效可用水量减少，导致极端干旱事件频发；另一方面，随着温度的增加，大气的持水能力增强，意味着需要更多的水汽才能达到饱和进而形成有效降水。近年来对极端降水和全球变暖的响应机制的研究，也验证了这一观点，即全球降水总量虽然有所增加，但与此同时降水强度呈现出更为显著的增加，意味着极端降水频次的增加和极端降水事件的增多。高强度的降水过程为水资源的合理分配带来了更为巨大的压力。在干旱方面，据美国气候与能源解决方案中心报告称，全球变暖增加了某些地区发生干旱的概率，特别是在美国西南部等干旱多发地区，降水量少和热量增加是全球变暖造成的“并发症”。2021年7月，美国俄勒冈州出现49℃的高温，导致超过107人死亡。在洪水方面，2021年7月，西欧发生严重洪涝灾害，中国河南出现“7·20”特大暴雨，这些都是极端强降水事件频发的具体表现，与全球变暖有密切关系。
2021年7月，河南省郑州、漯河等多市发生特大暴雨灾情。截至2021年8月2日，河南省共有150个县（市、区）、1663个乡镇、1453.16万人受灾。据国家气候中心专家介绍，河南省近期极端强降水事件发生在全球变暖背景下的北方降水集中期，是东亚大气环流异常协同作用的直接结果。具体认为：一是全球变暖加剧了气候系统的不稳定，也是造成极端天气气候事件频发、强度增强的根本原因。二是太行山和伏牛山是造成此次极端强降水的地形因素。太行山和伏牛山的特殊地形对偏东气流起到抬升辐合效应，强降水区在河南省西部、西北部沿山地区稳定少动，地形迎风坡前降水增幅明显。三是每年的7月下旬至8月上旬，正是中国北方地区降水集中期，历史上许多极端暴雨事件都发生在该时段，如河南“75·8”水灾、2012年“7·21”北京特大暴雨等。四是东亚大气环流异常协同作用是造成本次极端强降水的直接原因。西太平洋副热带高压持续偏强偏北，西伸到中国华北东部和黄淮东部地区，河南处于副高西边缘，对流不稳定能量充足。同时热带地区台风活动进入频发期，加强了来自西北太平洋、南海和孟加拉湾的水汽输送，为河南强降雨提供了充沛的水汽来源。同时，偏强的西太平洋副热带高压和中亚的大陆高压使得大气环流形势稳定，进一步延长了河南等地强降水持续时间。
由气候变化引起的海洋变化（包括变暖、更频繁的海洋热浪、海洋酸化和氧气含量降低等现象）既会影响到海洋生态系统，也会影响到依赖海洋生态系统的人们。全球变暖导致的海水体积变大和两极冰雪融化，直接引起海平面上升，使沿海地区洪水泛滥，居住地势较低地区的数百万人将沦为环境难民，发生大规模的迁移、社会骚乱和饥荒，像马尔代夫这样的岛国将因此而彻底消失。例如，海洋吸收二氧化碳也会产生负面影响，导致海水pH值持续降低，引发海洋酸化。科学研究表明，目前全球表层海水pH值较工业革命前下降约0.1。联合国教科文组织政府间海洋学委员会指出，海洋酸化和含氧量下降在持续，影响着海洋生态系统、海洋生物和渔业。2020年，超过80%的海域至少经历了一次海洋热浪。自2013年东北太平洋发生海洋热浪以来，造成多起海鸟死亡事件。2015年至2016年，在美国加利福尼亚州中北部到阿拉斯加州的海滩上，人类发现了约6.2万具崖海鸦尸体，科学家预计其死亡数量在100万只左右。
全球变暖影响着作为全球海岸带地区应对全球气候变化最为重要的生态屏障之一的红树林的生存。一些研究结果表明，温度升高会导致红树林死亡，但自然条件下全球变暖对红树林生态系统的影响究竟如何，仍需进一步研究；全球海平面上升会造成红树林土壤酸化，且细质土的酸化比粗质土严重。若海平面上升速度大于沉积物堆积速度，海水将会淹没红树林，使其向陆地迁移，反之则向海洋延伸。目前，主流观点认为二氧化碳增加会刺激植物生长，就红树植物而言，不同红树植物对二氧化碳增加的响应不同，即使是同一种红树植物，在不同生长条件下对二氧化碳增加的响应也不同。
2021年，中国青岛等地再次暴发浒苔，这已是黄海海域连续第15年遭受浒苔灾害了。据生态环境部卫星遥感监测结果，2021年黄海浒苔最大分布范围约6万平方千米，是上一年的2.3倍左右。黄海浒苔的发生及发展是一个复杂的系统性过程。多年研究表明，浒苔暴发可能与海区水文动力基础环境条件、浒苔藻种种源、海水富营养化等多种因素有关。黄海浒苔连续多年暴发且年际间出现反复，反映我国近海生态环境长期受到高强度人为活动、气候变化等多重因素影响，海洋生态环境改善还未从“量变”转为“质变”，近海生态环境安全形势依然严峻。
气候变化对生物多样性的影响是全方位的，包括对基因多样性、物种多样性和生态系统多样性的影响。首先，基因多样性方面。气候变化对植物物种的丰富度、分布格局、种间关系、物候、光合作用等会产生深刻影响，并增加外来物种入侵、本地物种灭绝的风险。例如，在20世纪最后10年，随着气温的升高，荷兰的维管束植物中喜热植物的种类增加。其次，物种多样性方面。例如，对某些海龟来说，当孵化温度大于29℃时，孵化出的多数幼龟为雌性，当孵化温度小于27℃时，孵化出的多数幼龟为雄性；对扬子鳄来说，孵化温度为28.5℃时，孵出的幼鳄皆为雌性，孵化温度为33.5～35℃时，孵出的幼鳄皆为雄性。再次，生态系统多样性方面。降水格局的变化，使得20世纪70年代奇瓦瓦沙漠木本灌丛密度增加了3倍，以前常见动物数量减少，稀有动物数量增加。另外，气温升高使高纬度陆地生态系统植物的生产力增加，生态系统碳氮循环过程改变。根据联合国粮食及农业组织2020年《全球森林资源评估》报告，2015-2020年，全球去森林化速率每年约10万平方千米。相比之下，2000年以后的10年里，每年去森林化速率为15万平方千米，2010-2015年为12万平方千米。此外，自然条件交错带是对气候变化最为敏感的区域之一，如中国长白山脉半苔原过渡带变宽，五台山高山草甸和林线过渡带中一些植物向高海拔迁移。北方森林以每升温1℃按100～150千米速度向北扩展，全球变暖使生态系统整体向两极和高海拔区域移动。
全球变暖和二氧化碳浓度升高不仅影响着农作物的生长、产量及品质等，同时也对农业生产结构和生产制度有着不同程度的影响。二氧化碳浓度升高对作物的生长发育和生理生化有显著的促进作用，因此气候变暖使农作物生长速率提高而缩短其生育期，但全球变暖促使植物呼吸增加、蒸腾作用增强而降低光合作用速率，最终导致农作物减产。科学研究结果显示，气候变暖，特别是更高的春季平均气温，对冬小麦的抽穗期和开花期有显著影响，如气温升高会使澳大利亚、美国、阿根廷和德国等地的冬小麦的抽穗期和开花期提前。同时，美国华盛顿大学教授柯蒂斯·多伊奇（Curtis Deutsch）在《科学》杂志刊文，认为全球变暖可能会提高昆虫消化食物的速度，导致它们以更快的速度摧毁作物。同时，在温带地区，气温升高可能导致昆虫变得更加活跃，从而更能繁殖。因此，全球变暖可能增加害虫的数量和食欲，将对全球作物生产构成严重威胁。该研究显示，全球变暖可能使小麦、水稻和玉米因有害生物增加而导致的产量损失分别增加46%、19%、31%。研究结果认为，中国、美国和法国是三个可能因虫害损失产量最大的粮食生产国。