1906 és 2005 között a Föld átlaghőmérséklete (a felszíntől 2 méterre, árnyékban megfigyelve) +0,74°C mértékű melegedést mutat (1. ábra/A). Ezen belül, a második 50 évben a melegedés üteme ennek nagyjából kétszerese, 0,13°C/évtized. Az északi félgömb utóbbi 50 éves átlaghőmérséklete valószínűleg a legmagasabb ilyen hosszúságú időszak az elmúlt 1300 évben.

A felszínen a léghőmérséklet a kontinensek belsejében gyorsabban emelkedett, mint az óceánok felett (2. ábra). E különbségek a legmarkánsabban az utóbbi évtizedekben mutathatók ki.

Az újabb vizsgálatok során a felszíni változásokkal összhangban álló egyértelmű melegedést a troposzféra (a légkör legalsó rétege) alsó és középső szintjein is sikerült kimutatni (3. ábra/B-D). Ez azért lényeges, mert a korábbi IPCC Jelentések (1996 és 2001) szerint ez az összefüggés nem állt fenn. További megállapítás, hogy a legmagasabb nappali hőmérsékletek, illetve a legalacsonyabb éjszakai hőmérsékletek azonos mértékben járulnak hozzá a napi középhőmérséklet emelkedéséhez.

A sztratoszféra hőmérséklete ugyanakkor csökkent (3. ábra/A), ami szintén a globális melegedést bizonyítja. Ugyanis, egyrészt hiányzik ezekből a magasságokból az a sugárzási energia, amit az alacsonyabb rétegekből az üvegházgáz-többlet elnyelt, másrészt a felszíni melegedéssel párhuzamosan – bármely okból, például a téli és a nyári besugárzás különbségeiből - erősödik a függőleges hőmérsékleti gradiens, vagyis erőteljesebben lehűl a troposzféra teteje és a felette elhelyezkedő sztratoszféra.

A hegyi gleccserek és a hótakaró területe (1. ábra/C) mindkét féltekén csökkent. A gleccserek és a jégsapkák e csökkenése hozzájárult a tengerszint emelkedéséhez is. (E tendenciákba nem értjük bele a grönlandi és az antarktiszi jéghátság sokkal lassúbb változásait). Műholdas adatok szerint 1978 óta az északi tengeri jég kiterjedése évi átlagban 2,7%-kal, ezen belül nyáron 7,4%-kal csökken évtizedenként! Az Északi félgömb örökké fagyott talajrétegeinek tetején a hőmérséklet közel 3°C-kal emelkedett 1980 óta. Ugyanitt az évszakosan fagyott talaj kiterjedése évi átlagban nagyjából 7%-kal csökkent 1900 óta, sőt, tavasszal ez a szám közel 15%.

A 20. század elejétől a csapadék egyértelműen növekedett Észak-Európában, mindkét amerikai kontinens keleti partjainál, valamint Ázsia északi és középső térségeiben. Ezzel szemben szárazabbá vált az éghajlat a Száhel-övezetben, a Földközi-tenger térségében, valamint Afrika és Ázsia déli részén. A csapadék időbeli megoszlása mindkét félteke kiterjedt mérsékletövi térségeiben kétszeresen előnytelenül alakult, hiszen mind a hosszú csapadékhiányos időszakok, mind pedig az egyedi nagy csapadékmennyiségek gyakorisága növekedett.

Egy-egy térség természetes vízmérlegét a csapadékhozam mellett a párolgás is alakítja, amelynek legmarkánsabb meteorológiai feltétele a hőmérséklet. Márpedig, a hőmérséklet a fentiek értelmében majdnem minden szárazföldi területen és évszakban egyértelműen emelkedik. A csökkenő csapadékhozamú területeken ez jelentős romláshoz vezet, de a csapadékbevételt is sok területen ellensúlyozhatja (5. ábra).

A tengerfelszín hőmérséklete és a hótakaró változásai nyomán az utóbbi 50 évben módosult a mérsékeltövi általános légkörzés. A változás fontos sajátossága, hogy mindkét féltekén erősödött a mérsékletövi nyugat-keleti cirkuláció. Bár nehéz megítélni miért, hiszen a jelenség motorja, a földrajzi szélességek (az Egyenlítő és a pólusok) közötti (meridionális) hőmérséklet-különbség gyengült.

Ezzel párhuzamosan, a forró szélsőségek, a hőhullámok és heves esőzések sok helyen egyre gyakoribbá váltak. Az előrejelzések szerint a trópuson kívüli ciklonpályák a sarkok felé tolódnak, egyidejűleg a szél-, a csapadék- és hőmérséklet-mintázatok ebből következő változásaival, folytatva az elmúlt fél évszázadban megfigyelt trendek változatos mintázatát (1. táblázat). Nincs ugyanakkor elegendő bizonyíték annak meghatározására, hogy léteznek-e trendek olyan kisméretű jelenségekben, mint a tornádó, a jégeső, a villámlás és a porvihar.Ezzel párhuzamosan, a forró szélsőségek, a hőhullámok és heves esőzések sok helyen egyre gyakoribbá váltak. Az előrejelzések szerint a trópuson kívüli ciklonpályák a sarkok felé tolódnak, egyidejűleg a szél-, a csapadék- és hőmérséklet-mintázatok ebből következő változásaival, folytatva az elmúlt fél évszázadban megfigyelt trendek változatos mintázatát (1. táblázat). Nincs ugyanakkor elegendő bizonyíték annak meghatározására, hogy léteznek-e trendek olyan kisméretű jelenségekben, mint a tornádó, a jégeső, a villámlás és a porvihar.