چرخه آب
تغییرات در طول زمان

چرخهٔ آب، فرآیندهای هدایت‌کنندهٔ جابجایی و حرکت آب درون آبکره (هیدروسفر) را توصیف می‌کند. با این حال، مقدار زیادی آب از منابع آب برای مدت‌های طولانی در چرخهٔ آب به حرکت در نمی‌آیند و در قالب ذخایر باقی می‌مانند. اقیانوس‌ها، مخزنی عظیم برای اکثر آب‌های روی زمین هستند. برآورد شده است که ۱٬۳۸۶٬۰۰۰٬۰۰۰ کیلومتر مربع از منابع آب جهان و حدود ۱٬۳۳۸٬۰۰۰٬۰۰۰ کیلومتر مربع یا تقریباً ۹۷٪ (آب) در اقیانوس‌ها ذخیره شده است. همچنین تخمین زده می‌شود که اقیانوس‌ها، حدود ۹۰٪ از تبخیر آب در چرخه را تأمین می‌کنند.
در طی دوره‌های سردتر اقلیمی، بیشتر منابع آب در قالب قله‌های یخی و یخچال‌های طبیعی متشکل می‌شوند و مقادیر آب را در بخش‌های دیگر چرخهٔ آب کاهش می‌دهند. برعکس این موضوع در دوره‌های گرما نیز صادق است. در آخرین عصر یخبندان، یخچال‌های طبیعی حدود یک-سوم زمین را پوشانده بودند و نتیجه اینکه اقیانوس‌ها نسبت به وضعیت کنونی، حدود ۱۲۲ متر پایین‌تر قرار داشتند. در طی آخرین «دورهٔ گرمای» جهانی، یعنی حدود ۱۲۵٬۰۰۰ سال پیش، سطح دریاها نسبت به حال حاضر، حدود ۵٫۵ متر بالاتر بود. حدود سه میلیون سال پیش، اقیانوس‌ها تا ۵۰ متر بالاتر از سطح کنونی ارتفاع داشتند.
در جمع‌بندی گزارش هیئت بین دولتی تغییر اقلیم برای سیاست‌گذاران در سال ۲۰۰۷، بر این مسئله تأکید شد که چرخهٔ آب در طی قرن ۲۱ دچار تشدید خواهد شد، البته این به معنای افزایش بارندگی در تمام مناطق نیست. در مناطق نیمه‌گرمسیری، مکان‌هایی که نسبتاً خشک هستند، پیش‌بینی شده است که در قرن ۲۱، بارندگی کاهش می‌یابد و باعث افزایش احتمال خشکسالی می‌شود. پیش‌بینی می‌شود که بیشترین خشکی نزدیک مرزهای poleward مناطق نیمه‌گرمسیری اتفاق بیفتد (مثل: حوضهٔ آبریز مدیترانه، آفریقای جنوبی، جنوب استرالیا و جنوب غربی ایالات متحده). انتظار می‌رود که میزان بارش سالانه در مناطق نزدیک استوا که در اقلیم کنونی، مرطوب هستند و نیز در عرض‌های جغرافیایی بالا قرار دارند، افزایش یابد. این الگوهای بزرگ مقیاس، به عنوان بخشی از ارزیابی چهارم IPCC، تقریباً در همه مدل‌های شبیه‌سازی اقلیم که در چندین مرکز بین‌المللی تحقیقات اجرا شده‌اند، مشترک است. اکنون شواهد زیادی وجود دارد مبنی بر اینکه افزایش تغییرات هیدرولوژیکی و اقلیمی، از راه‌های مختلف همچون چرخهٔ هیدرولوژیک، دسترسی آب، تقاضا و تخصیص، اثرات شگرفی را بر بخش آب ایفا می‌کنند و این اثرات در آینده نیز ادامه خواهد داشت. تحقیقات منتشر شده (سال ۲۰۱۲) در مورد شوری سطحی اقیانوس‌ها در طی سال‌های ۱۹۵۰ تا ۲۰۰۰ در مجلهٔ ساینس تشدید جهانی چرخهٔ آب را در قالب شورتر شدن مناطق شور و شیرین‌تر شدن مناطق شیرین، تأیید می‌کنند:
مدل‌های اصلی ترمودینامیکی و اقلیمی، نشان می‌دهند که در پاسخ به گرمایش اقلیم، مناطق خشک، خشک‌تر و مناطق مرطوب، مرطوب‌تر خواهند شد. تلاش‌هایی که تاکنون برای شناسایی این عکس‌العمل بلندمدت در قالب مشاهدات پراکنده از بارندگی و تبخیر انجام شده‌اند، هنوز مبهم هستند. ما نشان می‌دهیم که الگوهای شوری اقیانوس‌ها، ردپایی از تشدید شدن چرخهٔ آب هستند. تلفیق مشاهدات ۵۰ سالهٔ ما در زمینه تغییرات شوری سطحی، با تغییرات برآورد شده از مدل‌های اقلیم جهانی، شواهد محکمی مبنی بر تشدید چرخه آب با نرخ ۵±۸٪ به ازای هر درجهٔ گرمایش سطحی را ارائه می‌دهد. این نرخ، عکس‌العمل پیش‌بینی شده مدل‌های اقلیمی نسل کنونی را دوبرابر می‌کند و نشان می‌دهد که در جهان آتی که به اندازهٔ ۲ تا ۳ درجه گرم‌تر خواهد بود، چرخهٔ آب جهانی تشدید قابل توجهی (۱۶ تا ۲۴٪) خواهد یافت.
وسیله‌ای که توسط ماهوارهٔ SAC-D Aquarius حمل می‌شد در ژوئن ۲۰۱۱ به فضا پرتاب شد، تا شوری سطحی دریاهای جهانی را اندازه‌گیری نماید. پسروی یخچال‌های طبیعی نیز نمونه‌ای از چرخهٔ آب در حال تغییر است، (این امر در جایی رخ می‌دهد که) تأمین آب یخچال‌های طبیعی از بارندگی نمی‌تواند با از دست دادن آب از طریق ذوب یا تصعید، همخوانی داشته (سازگار) باشد. پسروی یخچال‌های طبیعی از سال ۱۸۵۰ بسیار گسترده بوده است.
فعالیت‌های انسانی که چرخهٔ آب را تغییر می‌دهند عبارتند از:
کشاورزی
صنعت
تغییر ترکیب شیمیایی اتمسفر
ساخت سدها
جنگل زدایی و جنگل‌کاری
برداشت آب زیرزمینی از چاه‌ها
برداشت آب از رودخانه‌ها
شهرنشینی- برای رویارویی با اثرات شهرنشینی، می‌توان از طراحی شهری حساس به آب بهره گرفت.