وتشير تقديرات النماذج إلى أن التركيزات المتزايدة لغازات الدفيئة في الغلاف الجوي ستسفر عن تغيرات في التقلبية اليومية والموسمية وفيما بين السنوية والعقدية. ومن المقدر حدوث انخفاض في  المدى اليومي لدرجات الحرارة في كثير من المناطق مع زيادة الحدود الدنيا أثناء الليل بصورة أكبر من الحدود العليا أثناء النهار.  ويبين عدد من النماذج انخفاضا عاما  في التقلبية اليومية لدرجة الحرارة السطحية شتاء وزيادة التقلبية اليومية صيفا  في مناطق اليابسة في نصف الكرة الأرضية الشمالي.  وتبين التقديرات الحالية حدوث تغير ضئيل أو زيادة طفيفة في حجم ظواهر النينيو  على مدى المائة عام القادمة.  وتبين كثير من النماذج حدوث متوسط استجابة أكثر شبها بظاهرة النينيو في المنطقة المدارية من المحيط الهادئ وزيادة الارتفاع في درجات حرارة سطح البحر في المنطقة الاستوائية الوسطى والشرقية من المحيط الهادئ بدرجة أكبر من المنطقة الاستوائية الغربية للمحيط الهادئ مع متوسط مماثل في تزحزح التهطال شرقا.  وحتى مع حدوث تغير طفيف أو مع عدم حدوث أي تغير في قوة النينو،  فمن المرجح أن يفضي الاحترار العالمي إلى  حدوث ظواهر أكثر تطرفا في الجفاف وغزارة سقوط الأمطار وزيادة  خطر الجفاف والفيضانات التي تصاحب ظواهر النينو في كثير من المناطق المختلفة.  ولا يوجد اتفاق واضح بين النماذج فيما يتعلق بالتغيرات في تواتر أو هيكل أنماط دوران المحيطات والغلاف الجوي التي تحدث بصورة بطبيعية، مثل ظاهرة التذبذب في شمال المحيط الأطلنطي.

وتتسم أنماط الدوران الطبيعية، مثل النينيو-التذبذب الجنوبي والتذبذب في شمال الأطلنطي بأهمية أساسية في المناخ العالمي وفي تقلبيته القصيرة الأجل (اليومية وفيما بين السنوية والسنوية)  والأطول أجلا (العقدية والمتعددة العقود).  وقد يظهر تغير المناخ كتغير في المتوسطات فضلا عن التغير في تفضيل أنماط دوران مناخية محددة يمكن أن تسفر عن تغيرات في تفاوت  وتواتر نهايات المتغيرات المناخية (أنظر الشكل 4-1).

ومن المحتمل تزايد الأيام الحارة والموجات الحارة وتناقص أيام البرودة والصقيع خلال معظم مناطق اليابسة. وسوف تفضي الزيادات في متوسط  درجة الحرارة  إلى حدوث زيادات في  الطقس الحار والطقس الحار القياسي مع تناقص أيام الصقيع والموجات الباردة (أنظر الشكل 4-1أ وب). ويظهر عدد من النماذج  انخفاضا عاما في التقلبية اليومية  لدرجة حرارة الهواء السطحي في الشتاء وزيادة التقلبية اليومية في الصيف في مناطق اليابسة في نصف الكرة الشمالي.  ومن المرجح أن تسفر التغيرات في نهايات الحرارة  عن حدوث زيادة  في خسائر المحاصيل والحيوانات وزيادة استخدام الطاقة لأغراض التبريد وقلة استخدامها لأغراض التسخين وزيادة المرضية البشرية والمرضية  المرتبطة بإجهاد الحرارة (أنظر الجدول 4-1). وسوف يسفر تناقص عدد أيام الصقيع  عن انخفاض  المرضية والوفيات المرتبطة بالبرد وتناقص خطر وقوع أضرار  لعدد من المحاصيل بالرغم من احتمال زيادة الأخطار التي تصيب محاصيل أخرى.  ويمكن أن تسفر الفوائد التي تعود على الزراعة من جراء حدوث زيادة صغيرة في درجة الحرارة  عن زيادات صغيرة  في الناتج المحلي الإجمالي للبلدان الواقعة في المنطقة المعتدلة.

ومن المرجح جدا أن يزداد حجم وتواتر ظواهر التهطال المتطرفة  فوق مناطق كثيرة ومن المقدر تناقص فترة عودة ظواهر التهطال المتطرفة.  وسوف يفضي ذلك إلى زيادة تواتر حدوث الفيضانات والانهيالات الأرضية وما يصاحب ذلك من خسائر في الأرواح وتأثيرات على الصحة (مثل الأوبئة والأمراض المعدية وتسمم الأغذية) ووقوع أضرار للعقارات والخسائر في البنية الأساسية والمستوطنات وتحات التربة وحمولات التلوث والخسائر في التأمين والزراعة، وذلك من بين أمور أخرى.  ومن المرجح أن يفضي الجفاف العام الذي يصيب المناطق القارية الوسطى  أثناء الصيف  إلى حدوث زيادات في حالات الجفاف الصيفي  ويمكن أن يزيد من خطر اندلاع الحرائق الهائلة.  ويحدث هذا الجفاف العام من جراء حدوث زيادة في درجة الحرارة بالإضافة إلى إمكانية التبخر التي لا توازنها زيادات في التهطال.  ومن المرجح أن يفضي الاحترار العالمي إلى حدوث زيادة في تقلبية  التهطال الموسمي الصيفي الآسيوي.