بطور كلي اتمسفر كره زمين تمام گرماي طبيعي خود را به طور مستقيم و يا غيرمستقيم از خورشيد دريافت مي‌كند. اين امر به طرق زير صورت مي‌پذيرد:


1- انرژي تابشي : انرژي تابشي دريافت شده از خورشيد، گستره‌اي از طول موج‌ها است كه بنام طيف خورشيدي معروف است. در اين طيف وسيع بلندترين امواج (امواج راديويي) حدود 10n برابر امواج كوتاه (اشعه گاما) مي‌باشد ولي حداكثر انرژي و مقدار زيادي از كل انرژي تابش در محدوده كم عرض قسمت مرئي واقع است.
امواج مرئي خورشيدي از درون گازهاي اتمسفر عبور مي‌كنند ولي اشعه ماوراي بنفش با طول موج كوتاه، در اتمسفر فوقاني جذب مي‌گردد. مقداري از اشعه مادون‌قرمز توسط دي‌‌اكسيدكربن و بخار آب اتمسفر تحتاني جذب مي‌شود. اما بيشتر انرژي خورشيدي بدون اينكه توسط هوا جذب شود. به زمين مي‌رسد.
گرما قسمت اعظمي از اتمسفر در وهله اول بوسيله سطح زيرين آن، پس از گرم شدن توسط تابش خورشيدي تأمين مي‌شود. سه طريقه انتقال گرما (تابش‌ـ رسانش‌ـ همرفت) به همراه گرماي نهان تبخير در هم آميخته اتمسفر را گرم مي‌كنند.

2- تشعشع زمين : سطح زمين با جذب نورخورشيدي، به نوبه خود گرم مي‌شود. مواد گرم ساطع كننده انرژي هسته و طول موج اين تابش به درجه حرارت جسمي كه انرژي تابشي از دست مي‌‌دهد بستگي دارد. زمين نورمرئي را به اشعه مادون‌قرمز با طول موج بلندتر تبديل مي‌كند بخار ‌آب و تا حدي كمتر دي‌اكسيدكربن، اشعه مادون قرمز را جذب مي‌كنند. قطرات مايع آب موجود در ابرها نيز يك جاذب خيلي قوي اشعه مادون قرمز هستند و در نتيجه شب‌هاي ابري هميشه گرمتر از شب‌هاي صاف است.

3- انتقال آشفته : دومين طريقه مهم گرم شدن اتمسفر، انتقال انرژي بوسيله هدايت مستقيم، گرما از سطح زمين به اتمسفر با تماس مستقيم با آن است هوا يك هادي خيلي ضعيف انرژي گرمايي است چرا كه فقط پايين‌ترين قسمت اتمسفر بوسيله آن گرم مي‌شود. اما به محض گرم شدن، هوا گسترش يافته، صعود مي‌كند و از طريق همرفت گرمايي هدايت شده را به سطوح بالا انتقال مي‌دهد تركيب اعمال هدايت و همرفت در گرم كردن هوا را معمولاً تبادل گرمايي آشفته مي‌نامند.

4- گرماي نهان : هنگامي كه آب بخار شده از حالت مايع خارج مي‌گردد. 540 تا 600 كالري توسط هر گرم آب تبديل شده به بخار جذب مي‌شود. هيچ مقداري از اين گرما در تغيير دما دخالت ندارد. بلكه صرفاً براي تأمين انرژي لازم مولكول‌هاي آب جهت خارج شدن از حالت مايع به گاز مي باشد (تنها يك كالري لازم است كه دماي يك گرم آب را يك درجه سانتي‌گراد بالا ببرد)
540 تا 600 كالري كه براي تبديل يك گرم آب به گاز لازم است بسيار زياد مي‌باشد. سرانجام بخار آب در فرآيند تراكم قطرات آب، ابرها را بوجود آورده و در نتيجه گرماي نهان خود را به صورت گرماي محسوس آزاد مي‌كند.

5- پديده گلخانه : اتمسفر كره زمين همانند شيشه گلخانه، با جلوگيري از اتلاف انرژي برگشتي از سطح زمين، بخش اعظم انرژي تابش از خورشيد را محبوس مي‌كند زيرا جو زمين تقريباً شرايط شفافي را نسبت به تابش خورشيدي با امواج كوتاه دارد ولي در مقابل امواج طولاني تشعشع زمين تقريباً شرايط كدري را دارا مي باشد در اين بين بخار‌آب‌ـ ابرها و دي‌اكسيدكربن نقش بسيار عمده‌ايي در مقياس وسيعي در درون اتمسفر جهت بازداشتن از خروج تشعشع زمين به عهده دارند اين امر سرانجام شرايط پديده‌ گلخانه‌اي را براي جو زمين بوجود آورده و سبب افزايش درجه حرارت آن مي‌گردد

آن بخش از علوم را که به مطالعه اتمسفر (هواسپهریا جو) سیاره زمین می پردازد، علوم اتمسفری می‌نامند. شاخصترین این علوم " هواشناسی" و "آب و هواشناسی" است.

تفاوت هواشناسی (Meteorology) و اقلیم شناسی (آب و‌هواشناسی Climatology)

اگر چه موضوع مطالعه آب و هواشناسی و هواشناسی، اتمسفر (هواسپهر) است، ولی هر کدام با نگرشی متفاوت آن را بررسی می کنند :

1- هواشناسی، هوا را و اقلیم شناسی، آب و هوا را شناسایی و تبیین می کند.

2- هواشناسی وضعیت جوی را به طور عام و برای یک لحظه بررسی می کند؛ اما، آب و هوا‌شناسی تیپ هوای غالب یک مکان معین را در دوره طولانی مطالعه و تفاوتهای آب و هوایی مکانها را کشف می کند.

3- هدف هواشناسی شناخت مطلق و عام اتمسفر و تغییرات آن (هوا) است؛ ولی در آب و هواشناسی سعی می‌شود با شناخت آب و هوای هر منطقه، تأثیرهای آب و هوایی آن بر روی فعالیتهای انسانی مشخص شود.

4- هواشناس وضع هوا را در کوتاه مدت پیش‌بینی می کند؛ اما، آب و هواشناس براساس عوامل به وجود آورنده آب و هوا، پدید آمدن آب و هوای خاصی را در مکانی خاص و با توجه به تاثیر آن در زندگی انسانها، پیش بینی می کند.

5- ابزار شناسایی و توجیه هواشناس، اصول و قوانین و مدلهای فیزیکی و دینامیکی است. اما ابزار آب و هواشناس، علاوه بر اصول علم هواشناسی، اصول و مفاهیم جغرافیای نیز هست.

منابع اطلاعاتی مطالعات اقلیمی

اطلاعات و آمارهایی که اساس مطالعات و تحلیل های اقلیمی را تشکیل می‌دهند، از کانون های مختلفی به دست می‌آیند که مهمترین آنها عبارتند از:

1- شبکه ایستگاه های اقلیمی (کلیماتولوژی) و سینوپتیک که در آنها دیده بانی های پیوسته (3-4 بار در روز) با ابزار و ادوات ویژه، صورت می‌گیرد و مهمترین و با ارزش ترین منابع اطلاعات مطالعات اقلیمی به شمار می روند. امروزه دیده بانی ها دراین شبکه ایستگاه ها به سمت ثبت و ارائه Online و محاسبات هوشمند پیش رفته است.

2- ایستگاههای موقت و سیاری که دراجرای بعضی از طرحها بسته به ضرورت دیده بانی عناصر اتمسفری احداث می‌شوند.

3- شبکه ایستگاههای دریایی که در سطح دریاها و اقیانوسها به دیده بانی می‌پردازند.

4- نمودارها و نقشه‌های سینوپتیک سطح زمین و سطوح مختلف جو (نمودارهای ارتفاعی) که براساس سنجش با رادیوسوند تهیه می‌شوند و در پیش‌ بینی وضع هوا و دراقلیم شناسی مورد استفاده قرار می گیرد.

5- تصاویر ماهواره ای که به طور خودکار به وسیله ماهواره هواشناسی تهیه و به زمین ارسال می‌شوند در پیش بینی وضع هوا و در مطالعات اقلیمی منابع با ارزشی برای محققان به شمار می آیند.

6- تصاویر و اطلاعات راداری که در تحلیل ریزش های جوی و کانونهای مختلف به کار می‌روند.

7- گزارشهای عینی و تحلیل علمی که به طور غیر مستقیم با وضعیت اقلیمی در ارتباطند.