極端天氣是指意外、不尋常或惡劣的天氣現象，也就是說天氣處於歷史氣候記錄的極端。根據美國國家海洋和大氣局的定義，如果某地的天氣事件位於其記錄中最不尋常的百分之十，就會被定義為極端天氣。氣溫上升主要是直接影響地球的水循環。地球有數千年的時間來維持環境的機制由於變暖的氣候而出現故障。天氣也變得很混亂。全球氣候指標每年都在創造新的記錄。這意味著氣候形勢變得越來越嚴峻。極端天氣包括以下類型：
熱浪
極端高溫的期間稱為熱浪。空氣的持水能力每增加1攝氏度就增加約7%（熱力學）。因此，高溫的同時濕度可能也很高。如果熱浪發生在內陸或缺水的地區，可能會帶來災難性的乾旱天氣。嚴重的熱浪會導致脫水和中暑，還會威脅到不同的物種和作物。過熱的時候，植物會關閉氣孔以避免水分流失。這會降低植物進行光合作用能力，使其難以吸收二氧化碳和產生氧氣。失去過多水分的植物會變得乾燥和易燃，容易引起火災。
寒潮
溫度高的時候有熱浪，溫度低的時候就有寒潮。寒潮是由氣團運動引起的。全球平均氣溫上升，會出現異常低溫的寒潮。溫度極低的冷氣團本應局限在極地地區。它移動到中緯度是一種稱為極地振蕩的現象，發生在北極和南極。
2020年9月7日，美國丹佛市的攝氏溫度從當天中午12點的33度降至次日早上6點的0度。 在24小時之內，當地天氣由高溫變成暴雪。這是因為強烈的太平洋氣旋北移，擠壓了北極的冷空氣，導致北極的冷氣團南移進入中緯度地區。2016年12月下旬至次年1月中旬，台灣也出現過北極震盪的極低溫現象。
正常情況下，低緯度地區的寒流來自於中緯度地區的大陸性冷氣團。極地冷氣團通常不會離開極圈。極地振蕩的原因與極端天氣和地軸偏移有關。地球的自轉軸並不固定，這是科學上已知的現象。地軸運動稱為漂移和振盪。前者稱為極點移動，是指地表上代表地軸的極點會緩慢地漂移；後者稱為章動，是指地軸會像在點頭一般地擺動。
根據美國航太總署的科學家所說，地軸漂移的三個主要原因是：地殼反彈、目前冰蓋流失和地幔對流。第一和第三個原因只會引起小幅度的漂移。但是，冰川大量融化將導致整個地球的質量重新分佈。因此，地軸會往失重的地方傾斜，產生巨大的偏轉。（美國航太總署 2018 年）
暴雨和洪水
氣溫上升最直接主要的影響就是地球的水循環失去平衡。地球幾萬年來用以維持環境的機制因此變得脆弱混亂，越來越難以預測。氣溫上升1攝氏度，大氣就增加7％的水氣含量，使得降雨量提高1-2%。也就是說，大氣必須累積更多水氣才會降雨，雨量因此更大，乾旱的枯水期也更長。氣溫上升，同時也會讓海洋和陸地的水加速蒸發，使乾旱地區的災情更嚴重。
暴雨的雨量雖然大，但是難以儲存使用，因為降雨時間太短，大部分的雨水會流入海洋。此外，暴雨形成洪水的可能性很高，洪水會破壞水庫和供水站。暴雨沖刷的土石讓河水的泥砂含量偏高，過度混濁的水淨水廠無法使用，會因此停水。氣候極端化改變了河流流量和地下水的分佈，讓水資源的管理和供給愈來愈困難，甚至缺水。
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引用報告：美國海洋大氣總署_極端事件｜地軸偏移的三個主因｜暖化與風暴｜地軸因陸地水變遷而飄移｜冰層速融致極點東移
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