陸上の植物は、温暖化の影響をどのように受けるのでしょうか。南限や北限といった成長限界が高緯度方向に、高山・山岳地帯ではより高い場所に移動するため、植生の種構成が変化すると予測されます。

温暖化にうまく適応できる植物もあるでしょうが、ほとんどは温暖化に追いつくことができません。森林を構成する樹木の移動速度は4〜200km/100年のオーダーであるのに対して、温暖化はもっと速い速度で進むと見積もられているからです。

在来種が適応できない地域では、より適応力のある植生に取ってかわられ、たとえば外来種の進入といった影響が予測されます。

日本は南北約2000kmに長く伸びた列島です。そのため、北の亜寒帯から南の亜熱帯に至る多様な気候帯をもち、森林植生も北の針葉樹林帯（エゾマツ、シラビソなど）から南の亜熱帯林（ヤシ、タコノキなど）まで、多様性に富んでいるのが特徴です。

平均気温が３〜４℃上昇したとき、日本の森林はどう変化するでしょうか？それを示したのが左の図です。わが国に広く分布するブナ林（落葉広葉樹林）は冷温帯の代表的な森林です。保水力が高く、大型動物の住みかでもあり、最も豊かな自然生態系をつくっています。約４℃気温が上昇すると、このブナ林の約90%が消失すると予測されています。また、現在の日本の森林は人工林が40％以上になっています。温暖化すると、スギやヒノキの造林地の環境がブナ帯からシイ・カシ帯（常緑広葉樹林）に移り、造林地で競争する樹種が常緑樹に変わると予測されています。

近年、森に住むニホンジカ、ニホンザル、イノシシなどの大型哺乳動物の生息分布域が拡大しています。これは、温暖化によって積雪量が減少したり降雪期間が短くなり、野生動物の生存率が高くなったことも一因と考えられています。一方で、野生動物による作物被害が多発するようになり、人間社会との摩擦も増えてきました。

日本の生態系に現れているさまざまな変化を、左の表にまとめてみました。

また、高山植物への影響を示すものとして、北海道のアポイ岳に咲く希少種ヒダカソウの減少を紹介します。ヒダカソウの生息地の山麓側にはハイマツが生えていますが、温暖化の進行にともなうハイマツの上昇が観察されています。このままでは、30年後にはヒダカソウが消滅する可能性もあります。

湖沼や河川などの水生生態系については、高緯度地域で温暖化の影響が大きくなります。気温と水温の上昇にともなって、生物の成長が促進され、生産性は増大、冷水種の生息範囲が拡大します。しかし、寒水種−冷水種の成育限界では、気温が上昇するために種の消失が増えると予測されます。たとえば、北海道の山岳地帯に分布するオショロコマ (サケ科) は、水温が1℃上昇すると生存率が72.4%に、4℃では10.4% に落ちてしまいます。

また、温暖化によって降水量が変化すると、河川流量や湖沼水位の変動が大きくなります。大規模な洪水や渇水の発生状況(頻度と継続期間)の変化は、水質の悪化を招き、生物の生産性を低下させ、河川の水中生息域を狭めてしまいます。霞ヶ浦での気象と水質モニタリング調査によると、水温が1℃上昇するとCOD（chemical oxygen demand、化学的酸素要求量) は約1ppm上昇すると推定されています。