La plupart des modèles prévoient un affaiblissement de la circulation thermohaline océanique, ce qui diminuerait les échanges thermiques aux hautes latitudes en Europe (voir Figure 4–2). Cependant, même dans les modèles avec diminution de la circulation thermohaline, il y a toujours un réchauffement sur l’Europe dû aux concentrations accrues de gaz à effet de serre. Les prévisions actuelles n’indiquent pas un arrêt complet de la circulation thermohaline avant 2100. Au-delà de 2100, certains modèles indiquent la possibilité d’un arrêt complet, voir irréversible, de la circulation thermohaline dans l’un ou l’autre des deux hémisphères si l’évolution du forçage radiatif est suffisamment importante et suffisamment longue. Les modèles montrent qu’une diminution de la circulation thermohaline accroît sa vulnérabilité aux perturbations (une circulation thermohaline plus faible semble être moins stable et un arrêt peut s’avérer plus probable).

Dans son ensemble, la masse de l’inlandsis antarctique devrait augmenter au cours du XXIe siècle. Cependant, la masse de l’inlandsis antarctique occidental pourrait diminuer au cours des 1 000 années à venir, ce qui serait accompagné par une élévation de plusieurs mètres du niveau de la mer ; cependant, certains processus sous-jacents sont encore mal connus. La stabilité de l’inlandsis antarctique occidental est préoccupante car il est échoué au-dessous du niveau de la mer. Cependant, de l’avis quasi général, on estime qu’une élévation importante du niveau de la mer résultant de la disparition de cette partie de l’inlandsis est très peu probable au XXIe siècle. Selon les modèles climatiques et les modèles dynamiques relatifs à la glace, au cours des 100 ans à venir, il est probable que, dans son ensemble, la masse de l’inlandsis antarctique augmentera en raison de l’augmentation prévue des précipitations, et contribuera à une diminution relative du niveau de la mer de quelques centimètres. Toujours selon ces modèles, au cours du prochain millénaire, l’inlandsis antarctique occidental pourrait contribuer jusqu’à 3 m à l’élévation du niveau de la mer.

La masse de l’inlandsis groenlandais diminuera probablement au cours du XXIe siècle et contribuera de quelques centimètres à l’élévation du niveau de la mer. Pendant le XXIe siècle, la masse de l’inlandsis groenlandais diminuera probablement car l’augmentation prévue du ruissellement sera supérieure à l’augmentation des précipitations, et elle contribuera de 10 cm au maximum à l’élévation totale du niveau de la mer. Les inlandsis continueront de réagir à l’évolution climatique et contribueront à l’élévation du niveau de la mer pendant des milliers d’années après stabilisation du climat. Les modèles climatiques indiquent la probabilité d’un réchauffement local sur le Groenland, égal à une à trois fois la moyenne mondiale. Les modèles utilisés pour l’étude des inlandsis indiquent qu’un réchauffement local supérieur à 3°C qui se poursuivrait pendant des millénaires entraînerait la fonte quasi totale de l’inlandsis groenlandais et l’élévation du niveau de la mer de 7 m environ. Dans le cas d’un réchauffement local de 5,5°C, qui se poursuivrait pendant 1 000 ans, la fonte de l’inlandsis groenlandais contribuerait probablement de 3 m environ à l’élévation du niveau de la mer (voir Question 3).

On prévoit des changements considérables de la température, de la morphologie superficielle et de la répartition du pergélisol au XXIe siècle. Actuellement, le pergélisol s’étend sous 24,5 % des surfaces terrestres exposées de l’hémisphère Nord. Dans le cas d’un réchauffement climatique, une grande partie de cette surface terrestre serait vulnérable au tassement, en particulier dans les régions de pergélisol relativement chaud et discontinu. La zone de l’hémisphère Nord occupée par le pergélisol pourrait à terme diminuer de 12 à 22 %, et la moitié de la zone de pergélisol canadienne actuelle pourrait même disparaître. Les changements à la limite australe du pergélisol pourraient devenir évidents d’ici la fin du XXIe siècle, mais un pergélisol épais et riche en glace pourrait subsister, sous forme de pergélisol résiduel, pendant des siècles ou des millénaires. La fonte du pergélisol riche en glace peut s’accompagner de mouvements de la masse et de tassement de la surface, qui risquent d’augmenter les charges sédimentaires dans les cours d’eaux et d’endommager les infrastructures des régions développées. Selon le régime de précipitations et les conditions de drainage, la dégradation du pergélisol pourrait entraîner des émissions de gaz à effet de serre, la transformation des forêts en tourbières, prairies ou marécages et causer de graves problèmes d’érosion et des glissements de terrain.