永不停息的大气运动
地球周围的大气，在太阳光和热的作用下像无形的野马，在永无休止地奔腾着。它运动的形式多种多样，范围有大有小。正是这种不断的大气运动，形成了地球上不同地区的不同天气和气候。
地球上各个地区接受到太阳的光和热是不同的。赤道和低纬度地区受热多，空气容易膨胀，变轻上升；极地和高纬度地区受热少，空气收缩下沉。这样，就使赤道地区上空的气压高于极地上空的气压。这种气压的南北差异，促使赤道上空的空气向极地上空方向流动。
赤道上空的空气不断流出，空气质量逐渐减少，地面气压下降而形成一个常年存在的低气压区。这个低气压区称为赤道低压区。
在极地上空，因有空气不断流入，地面气压就会升高而形成一个高压区，称为极地高压区。
于是，在大气低层就出现了极地气压高于赤道气压的气压差异，产生了自极地流向赤道的大气运动。这支气流自极地到达赤道地区时，又增热上升，补充赤道上空流走的空气质量。这样，在赤道和极地之间就形成了一个南北向的闭合环流，气象上称为“哈特莱环流”。
大气环境是形成各种气候和天气变化的主要因素同时，大气运动时时刻刻都受到地球自转运动所产生的偏向力的作用。在北半球，空气流动的方向要发生向右的偏转；在南半球要发生向左的偏转。这样，当赤道上空的空气在向南北两极流动时，它的运动方向就要不断发生向右或向左的偏转。大约到了纬度30-35°附近的高空，气流偏转方向接近90°。也就是说，原来是南北方向的气流，逐渐变成东西方向了。这样，从赤道上空源源不断流动过来的空气，受到这股东西方向气流的阻挡，渐渐堆积起来，空气开始下沉，结果使这一区域中下层的大气压力增高，形成了常年稳定、势力庞大的副热带高压带。因副热带高压带内盛行下沉气流，常年缺云少雨，所以是个宽阔的无风带。
此外，还有环绕全球、气势磅礴的西风带和东风带。西风带内的大气，有明显的波动，它很像大江里的波浪高低起伏，奔腾不息。由于我国地处中纬度地区，规模庞大的西风带从我国上空通过，对我国的天气、气候有很大影响。
空气流动成风
空气从气压高的地方流向气压低的地方，便产生了风。风实际上是空气的流动。那么，自然界的风是靠什么来驱动的呢？这和空气的热胀冷缩有关。
每天，太阳光辐射到地面，地面被晒热了。在地球上，陆地比海洋容易热；沙漠比森林容易热；靠近地面的空气层又比高空处的空气层热得快。受热的空气因此而膨胀，上升快，于是附近的冷空气就进行填补，补充的冷空气受热又上升，附近的冷空气又来补充，这样冷热空气就流动起来形成了风。
空气流动的速度越快，风也就刮得越大。人们根据风力的大小，把风划分为0-12个级别，共有13级。“0”极表示无风；“2-3”级表示轻风和微风；“8”级为大风；“10”、“11”、“12”级分别在狂风、暴风、飓风。
我国地处亚洲大陆东部，东南方是海洋，一般来说夏天多东南风，冬天多西北风。这是由于夏天，大陆上的空气比海洋上的空气温度高，大陆上热空气上升，海洋上的冷空气就向大陆流动，所以常刮东南风；到了冬天，海洋上的空气比大陆的空气温度高，大陆上的冷空气就向海洋移动，所以常刮西北风。
变化莫测的云
天空中的云彩绚丽多姿，千变万化。
地面上的积水慢慢不见了；晾着的湿衣服不久干了，水到哪里去了？原来，它们受太阳辐射后变成水汽蒸发到空气中去了。到了高空，遇到冷空气便凝聚成了小水滴，然后又与大气中的尘埃、盐粒等聚集在一起，便形成了千姿百态的云。据估计，每年从海洋、陆地上蒸发到大气中去的水气，约有4.5万亿多吨之多。
组成云的小水滴很小，一般直径只有0.01-0.02毫米，最大的也只有0.2毫米。由于它们又小又轻，下降的速度很慢。在降落过程中，随时又会被上升气流抬起，或者在未降到地面前就被蒸发掉了，所以，它们便成片在飘浮在空中。
我们平时看到的云有各种色彩，有的洁白，有的透明，有的乌黑，有的呈铅灰，还有的呈红色和黄色。其实，天上的云本来都是白色的，只是因为云层的厚度不同，以及云层受阳光的照射而显出不同的颜色。
云的姿态各异，成因也不相同。一般可将它们分为积状云、层状云、波状云三大类。
积状云又叫对流云，包括淡积云、碎积云、浓积云和积雨云。它们的外形很像棉花团和高耸的山峰，是由大气对流运动形成的。淡积云、碎积云和浓积云的个体孤立分散，一般不会下雨。如果空气对流旺盛，它们便有可能进一步发展，成为成片成团的积雨云，最后产生降雨。
层状云包括卷层云、高层云和雨层云。它们像幕布一样布满天空，覆盖着几百公里甚至上千公里的地区。这类云最常见于暖湿气冷气团上部爬升的交界面上。当暖湿空气沿山坡爬行时，也容易生成层状云。卷层云是一种乳白色云幕，高度一般都在五六千米以上，由微小的冰晶组成。高层云为浅灰色云幕，通常高度为2000-6000米，由水滴和冰晶组成。雨层云是低而均匀的云幕，水平伸展范围很广，几乎总是遮蔽整个天空。雨层云内贮藏着大量水滴，降水时常常是连续性的。
波状云包括卷积云、高积云、层积云和层云。它们的形状很像一片片鱼鳞和层顶的瓦片，是由大气的波动运形成的。
如按云的高度来分，又可分为四大云族，即低云、中云、高云和直展云。低云多由水滴组成，云底高度一般在2500米以下；中云也多由水滴组成，云底高度一般在2500-6000米；高云多由小冰晶组成，云底高度一般在6000米以上；直展云则由水滴、过冷却水滴、冰晶混合而成，云底高度通常在2500米以下。这些直展云会产生雷阵雨，有时伴有狂风或冰雹。
水汽凝结的雾
雾和云都是水汽凝结而成，只是云的底部不接触地面，而雾却是接触地面的。因此，可以说雾就是地面上的云。当你攀登黄山、庐山、泰山时，也许都有这样的体会：有时从山下看去，山上白云缭绕，山峦隐没其中，当登上山顶后，山峦清晰可见，白云却在我们的脚下，人如同在雾里一般。
根据水平能见度的不同，雾可分为重雾、浓雾、大雾、中雾和轻雾。重雾的水平能见距离不到50米；浓雾的水平能见距离为50-200米之间；大雾的水平能见距离为200-500米之间；中雾的能见距离为500-1000米之间，轻雾的能见距离在1000米以上。
根据成因的不同，雾又可分为辐射雾、平流雾、蒸气雾、上坡雾、锋面雾等几种。辐射雾是地面空气因夜间辐射散热冷却达到水气过饱和状态后形成的。这种雾大多出现在晴朗、微风、近地面水气又比较充沛的夜间或早晨。辐射雾的出现，一般表示当天的天气晴好，因此有“十雾九晴”的说法。平流雾是由空气的水平流动造成的。当暖湿空气流经冷的地面或海面，空气的低层因接触地面或海面而冷却，使水气凝结而成雾。平流雾的出现，一般预示两三天内要下雨。锋面雾产生于冷暖气团交锋的锋面地带。我国梅雨季节常出现这种锋面雾，它也是阴雨天气的预兆。
我国雾最多的地方要数四川的峨眉山了。1953-1970年间平均雾日多达323.4天，差不多天天有雾。
雾对航海、航空和农作物都有很大影响。如海上航行一旦遇上了浓密海雾，船只可能迷失方向，甚至发生触礁、搁浅、碰撞等事故；飞机遇上大雾天气就难以起飞或降落；农作物在一直多雾阴冷的天气里，产量和质量都会受到影响。
水汽凝结的雨
水汽中存在着许多水分，它们以分子或微小颗粒飘浮在空中，由于地表性质不同，地表起伏差异，地表形成了许多冷热不同的热量中心，对流层中的大气在冷热不同的情况下，往大气中的水气使天空变得绚丽多彩，它还可以变成雨水，滋润田野往形成上下运动的对流运动，当较热的空气随对流上升时，遇到高空大气的冷空气，空气中的水分将以尘埃为中心凝结，水滴较小时，它就飘浮空中，这就是我们看到的云。如水滴不断增大，不能飘浮在空中时，它们就落到地表面上形成雨，雨按照降水时间和强度分暴雨、中雨、小雨。按照形成原因可分为地形雨、锋面雨、对流雨、台风雨等。
横跨天际的彩桥
在炎热的夏天，一阵暴雨过后，有时我们能看见一条七色的彩环横跨南北，悬挂在空中，这就是虹。有时在虹的外侧还能看到第二道虹，光彩比第一道虹稍淡，称为副虹或霓。虹和霓色彩的次序刚好相反。虹的色序是外红内紫，而霓的色序是外紫内红。
我国早在殷代甲骨文中，就有关于虹的记载。古人认为虹是龙在雨后的显形。所以“虹”字带上了“虫”字旁，并一直沿用至今。其实，虹是飘浮在空中的小水滴反射太阳光而形成的。如果我们在天气晴好的早晨或傍晚，背着太阳站着，然后用嘴向空中喷一口水，就会看到在那些水珠上面有一条小小的彩虹。而一场大阵雨后的空气中，就飘浮着许多像这样的小水珠。它们就像一个个悬浮在空中的三棱镜，太阳通过它们时，先被分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光带，然后再反射回来，这时，如果有人站在太阳（在地平线附近）和雨滴形成的“雨幕”之间，就会看到一条色彩缤纷的彩虹。如果太阳经过小水滴的两次折射和反射，那么在虹的外侧就会出现颜色稍淡、排列相反的霓。天空中的彩虹有时宽有时窄，有时颜色鲜艳，有时颜色暗淡。这是为什么呢？原来，虹的色彩鲜艳程度和虹带的宽度与空气中的水滴大小有关：水滴大，虹就鲜艳清晰，比较窄；水滴小，虹就淡，也比较宽，如水滴过小，就可能没有虹。
虹主要出现在夏季，冬季很少见。这是因为夏季多雷阵雨，雨滴也较大。往往一阵雨过后，很快转晴，空中飘浮着很多小水珠，经太阳照射后就形成了虹。冬天一般天气干燥，下雨机会少，阵雨就更少，所以冬季较难见到虹。
彩虹发生在降雨过程中或者雨后，出现在太阳对面的天空中，出现在高度同太阳照射的角度有关。中午前后彩虹出现部位高，早晨或者傍晚，出现的部位低。
天空中一般只出现一条或同时出现两条彩虹，偶尔也同时出现三四条。
电闪雷鸣
一年夏天，常常会有雷阵雨天气出现，下雷阵雨时，常常伴有电闪雷鸣现象发现。
我们知道，当正、负电荷接近时，两种电荷发生中和并且发出火花，这种现象叫做火花放电。
要出现雷雨，先得有大块的云体形成，这种云称为积雨云。这种云由于内部的强烈对流和云粒子的不断碰撞，往往积聚有大量的电荷，当积雨云中正电荷区和负电荷区之间的电场大到一定的程度时，就要产生火花放电。
在火花放电时发出强烈的光，这就是闪电。在光的通路上要产生高温，使周围空气因剧烈受热，而突然膨胀，云粒也会因高热而突然汽化膨胀，发生巨大的响声，这就是雷鸣。
也有的放电是在云层与地面之间发生的。这是因为当云层带有大量负电荷时，它会使地面物体带上大量正的感应电荷，当云体一旦接近地面上比较强的正电荷集结处时，就将大量的正电荷上吸而开始放电，这时整个闪道上就会出现树枝状的耀眼闪光。
在闪电的落点处或弯曲处，有时会分离出一些火球在空中飞舞，有的落地爆炸。我们称这种闪电为球状闪电，它有一定的破坏作用。
银白世界的雪
在云中形成且大体呈各种形状的六角形的白色结晶降水物。绝大多数是由云中水汽在冰晶上凝华增长而成，也有少数是由微滴在一定温湿条件下冰结变形而成。空气中所含水汽多少和温度高低不同，则形成的雪花形状也就有异。单个晶体多为六角形，这一发现在我国西汉时就有记载，比欧洲早1700多年。由于雪的导热率小，故在雪被下面的土壤其温度比裸露土壤的要高，而温度振幅和冻结深度却比裸露土壤的要小，因此，雪被下土壤热状况的改善，对越冬作物的防冻和安全过冬有利。加之雪中含有氮化物，起到增肥作用，所以农谚说“瑞雪兆丰年”。
可恶的冰雹
俗称雹子。指天空降下的球形、圆锥形或形体不规则的冰块。一般是由冰晶在积雨云中随气流多次升降，不断与雪花、小水滴合并，形成具有不透明与透明层次交替的冰块。当它增大到上升气流支持不住时，就会降落下来，是固体降水的一种形式。雹的直径大小不一，常见的一般在5-50毫米。冰雹多出现于山区夏季的午后，并常伴有雷阵雨。每次降落的时间都不长，范围也不大，但却给农作物带来很大危害，大冰雹还对人、畜、建筑物等造成损害。现在，随着科学技术的发展，人们已经可以采用特制的火箭把碘化银发射到积雨云中，化雹为雨以避其害。
世界上的风极
12级大风，风速32.7-36.9米/秒，在海上可掀起滔天巨浪，在陆上可造成房倒屋塌，大树拔地而起。倘若更大的风力，其破坏力可想而知。
1957年3月，大风就在南极安排了一次恶作剧。前苏联一个刚建立不久的科学站，突遭狂风袭击，高大的铁塔被刮倒，停机坪上的飞机被吹毁，用预制板装配起来的房屋被席卷而光。工作人员只好躲在大石后避难。那末，南极的风速到底有多大？根据现有资料，南极大陆一般风速都在17-18米/秒，有些地方超过70米/秒。在南极大陆正对澳大利亚方向，有个叫承德利海岸的地方，法国一个观测站在那里记录到了92.6米/秒的世界最大风速。观测证实，南极大陆从恩德比地到阿德利的沿海地带，风暴极其频繁。阿德利海岸一年竟有310天刮大风。因此，把这里叫做“风极”，或许当之无愧。
南极大陆，特别是沿海地带为什么成了地球上风力最大、风暴最多的地区呢？原因在于南极大陆终年酷寒形成一个强大的高气压区，大陆外围则是副极低压带，两者之间形成很大的气压差。加之南极大陆又具有中间高、四周低的地形特点。在上述情况影响下，冷气流自中心迅速向沿海地区推进，从而形成了多风暴的地带。
世界雨极
世界降水量的分布是不均匀的，有的地方雨特别多，甚至天天下雨。我国雅鲁藏布江河谷的巴劳卡，年平均降雨量4500毫米。台湾北部的火烧寮，是我国最多雨的地方，年平均降水量6500毫米。1912年曾出现8408毫米的记录，被称为中国的“雨极”。
为什么火烧寮雨量特别多呢？这里夏季受东南、西南季风和台风的影响，冬季受东北季风和信风的吹拂，加上山地影响，气流抬升，容易疑云播雨。
世界绝对雨量最多的地方是印度东北部梅加拉亚邦的乞拉朋齐，年平均降水量11430毫米。1960年8月到1961年7月，出现26461.2毫米的最高纪录，成为世界的“雨极”。下雨时雨若倾盆，势如小瀑布，雨滴有如棒球，所以当地人总爱穿一种簸箕形状的，用竹或草编成的雨具，才不致被雨滴伤。
夏威夷群岛考爱岛的威阿列勒山东北坡，被称为世界的“湿极”。1920-1927年平均年雨量11458毫米，每年下雨的日子约有325天。
为什么这两个地方多雨呢？原来，它们都有高山屏障，从海洋吹来的季风或东风，被高山阻挡，使饱含水汽的气流被迫上升，凝结大量的地形雨。
有些地方年降水量不大，却常常下雨。智利南部的巴希亚·菲利克斯，平均每年有325天在下雨。1961年这一年，只有17天没下过雨。它处在西风带内，长年从太平洋带来大量水汽，受到地形的抬升，形成阴雨天气。
巴西的巴拉城，每天都要下几次雨，而且每天下雨都有固定时间。巴拉城靠近赤道，滨海，阳光灼照。早晨，气温较低，空气中水汽含量较少，天气晴朗。此后，海面温度渐渐升高，湿热空气不断上升，在空中凝云播雨。雨过天晴，低层空气温度降低，阳光继续灼照，就这样循环变化着，很有规律。因此，当地人谈论时间不用钟表，而是用雨。他们不说几点钟，而是说第几次雨后。
世界湿极
夏威夷群岛考爱岛的威阿列勒山东北坡，被称为世界的“湿极”。1920～1972年平均年雨量达11458毫米，比印度的乞拉朋齐的年均雨量还高。雨日约350天，一年中只有10多天不下雨。
考爱岛面积1400多平方米，地势高峻，峡谷很深，岛内的威阿列勒山和卡威吉尼山，海拔都在1500米以上。威阿列勒山东北坡，是一片热带密林，那里土地肥沃，盛产甘蔗和菠萝，漫山遍野的热带兰胡姬花，香气袭人；草莓果实累累，芬芳四溢。
威阿列勒山东北坡，几乎天天下雨。可是，当人们翻过一个山头，来到威阿列勒山西南坡时，却是一个干旱世界。在海拔280米的西南坡，气象站记录的年降水量只有406毫米。
这是为什么呢？原来北回归线正好从夏威夷群岛中间穿过。它处在北太平洋副热带高气压带控制下，全年盛行下沉的东北信风，雨量偏低，广阔的洋面上降水量只有500毫米左右。考爱岛上的高山像一堵屏风，挡住东北信风的去路，湿润的海风在山坡环流，冷热空气交汇，上下对流，因此东北向的迎风坡上雨水特别多，成为世界“湿极”，而背风的西南坡，雨水就很少了。
世界干极
天下之大，奇中有奇。世界上既有“雨极”、“湿极”，还有一个与上述两“极”相背的世界“干极”。这个“干极”就是太平洋东岸智利的阿塔卡马沙漠，是世界上降水量最少的地方。其平均年降水量竟小于0.1毫米。据测，从1845～1936年，91年间竟未落一滴雨！这里的一个港口城市伊基克，也竟有14年滴雨未见。
阿塔卡马沙漠紧靠着太平洋，为什么又很难降雨呢？原因是这里的沙漠区正好位于安第斯高山的背风坡，从南美大陆吹来的东南信风，即使含有水汽，也被这高大的安第斯山这堵“高墙”远远隔离在外；该沙漠所处的纬度又正好位于世界干热的副热带回归高气压带上；加上海岸运行的又是冷燥秘鲁寒流，都帮不上大陆降水的忙，因此阿塔卡马沙漠谁的“光”也借不上，故成为世界上降水最少的地方，为世界著名的“干级”。
世界热极
世界“热极”夺魁，也一直“鏖战”不休。1879年7月17日，北非阿尔及利亚的瓦格拉（北纬32°）地方，曾测得53.6℃的世界最高温值。可是1913年7月10日这天，美国加利福尼亚州的岱斯谷（死谷）中，又创了56.7℃的最高纪录，但不过10年，利比亚的加里延，气温又突升到57.8℃的最高纪录。1933年8月，墨西哥的圣路易斯也以57.8℃的高温平了加里延的纪录，两地共享世界“热极”称誉。然而，非洲之角的索马里半岛的柏培拉（约北纬10°）附近，7月份月平均温就有47.2℃，极端最高温更达到63℃！是迄今世界一直保持的世界“热极”称号。如以年平均气温看，世界年平均气温最高的地方，则是澳大利亚的温德姆，这里的年均气温也能达到39.11℃！年平均气温最低的地方，为南极洲的高原站，为-56.7℃。
世界寒极
世界上最冷的地方一般来说，应当在极地或高山地区。
1969年2月13日，我国在黑龙江省漠河地区测得-52.3℃最低气温。后来，有一年冬天春夏秋冬季节变化是地球公转最明显的表现早晨又出现了-58.7℃最低气温，至今尚未打破。而通过无线电探空观测，珠穆朗玛峰曾出现过-60℃的低温。
世界“冷极”最早是在北极地区测到的-59.9℃低温纪录。以后在西伯利亚的维尔霍扬斯克、奥依米亚康，出现了-73℃的低温纪录。以后“冷极”从北极迁移到了南极洲。经过几次刷新纪录，于1960年8月，东方站记录到-88.3℃的最低温纪录。1967年，挪威科学家在南极点附近测到-94.5℃的新纪录。
在这种气温下，汽油会凝固，煤油不再燃烧，橡胶变硬发脆，连人们呼吸的热气，也会在空中凝固。
如果以平均气温来说，北半球的冷极在格陵兰岛的埃斯密脱，年平均温度为-32.5℃；而南半球的冷极在南极洲，位于南纬78°东经96°的地方，年平均气温低达-58℃。
奥伊米亚康位于北极圈附近的谷地，三面被高山包围，北面却向北冰洋敞开，南方暖空气被山脉阻挡在外，而来自北方的冷空气长驱直入，停滞谷内，气温就大大降低了。
南极洲大部位于南极圈内，大多是海拔3000米左右的高原，离海洋远，冬季长夜漫漫，气温急剧降低；夏天虽有几十天极昼，但太阳斜射，光热微弱，冰雪难以消融，一直保持了很低的气温。
天气与气候及其区别
天气，指的是瞬间或在较短的时间内，温度、降水、气压、风、云等综合的大气物理现象和物理状态。研究天气的形成及其变化规律的科学，叫做天气学。天气学是气象学的一个分支学科，它是天气分析和天气预报的主要理论依据。
气候，指的是整个地球或者是某一个国家、某一个地区多年的天气特征和气象状况。例如，通过多年的实际观测和研究，我们可以把某些地区的气候归纳为温带气候、热带雨林气候、地中海气候、极地气候等等。每一种气候，都有很多区别于其他气候类型的明显特征。
天气与气候的主要区别在于，对同一个地区来说，气候的时间跨度大，是带有规律性的天气特征；天气的时间跨度小，具有很大的随机性。例如：我国的昆明市某一天有雨，它是一种大气物理现象，这时只能说天气而不能说气候；昆明市春、夏、秋、冬温差小，四季如春，这时要说气候好，而说天气好就不够恰当了。
天气与人类的关系
天气和人类所从事的各项活动都有着极为密切的关系：从工农业生产到体育比赛，从科学研究到国民经济建设，从我们的日常工作和学习到节假日的安排等等。在很多情况下，天气状况可以直接决定某一天甚至某一时刻，能做某一件事还是不能做某一件事，以及能否把这件事做好。古今中外的战争史上，既有许多因“天公不作美”而导致一场战争、一次战斗失败的战例，也有许多在有利天气的掩护下赢得胜利的战例。渔民不仅要在出海前收听当地气象部门的天气形势预报，而且在海上也要密切注意天气的变化情况。一旦将要有风暴来临，就必须迅速返航或到附近的岛屿躲避……
天气与人类的健康也有着十分密切的关系。一些慢性病患者对天气的变化极为敏感，关节炎、陈旧性骨折痛、软组织损伤引起的疼痛等，在天气突变时会骤然加剧；胃病、冠心病、脑溢血、气管炎、偏头痛、肺病等，在寒流到来突然降温的时候，发病率急增；重病患者冬季死亡的人数高于夏季，而且多发生在气温和气压急速下降的时候……
随着社会经济的发展，天气和气候在人们的社会经济生活中的重要性愈来愈显著。人类也愈来愈需要了解自己周围的大气环境，观测它的状态，认识它的特点，掌握它的规律，预测它的未来变化，以便更好地为自身服务。
大气的成分
我们居住的地球，是目前所知的惟一有生机、有生命的星球。在地球的周围，包着一层空气，人们称之为大气。那么，大气是由什么组成的呢？
纯气体成分
纯气体成分是指没有水汽和其他杂质的空气。它是各种气体的机械混合物，主要成分是：
氮（N2）占78.09%，氧（O2）占20.95%，氩（Ar）占0.93%，二氧化碳（CO2）占0.03%。除此之外，尚有极少量其他气体，如氖（Ne）占0.0018%，氦（He）占0.000524%，氪（Ke）占0.0001%，氙（Xe）占0.00008%，氢（H2）占0.00005%，臭氧（O3）占0.000007%，等等。
这里简要介绍一下几种主要成分。
氮（N2）是大气中浓度最大的气体，是地球上生命的基本成分。但是，大气中的氮只有少量参加自然界中的氮循环。氮循环的主要表现是：通过微生物，使氮成为有机化合物，而被固定在土壤和海洋中；又通过细菌作用，使土壤和海洋中的硝酸和亚硝酸还原，再回到大气中去。豆科植物可以通过根瘤菌的作用，直接将大气中的氮改造成为植物体不可缺少的养料。有机物的分解也是使氮回到大气中的途径。人为输送的作用，主要表现在工业用氮作为硝酸的原料；而农业把氮肥投入到土壤中，对氮循环也有不可忽视的影响。
在大气中氧（O2）是浓度仅次于氮（N2）的气体，是地球生命不可缺少的气体。动物和植物都吸入氧，并将它以二氧化碳（CO2）形式呼出，返回大气和海洋中；二氧化碳又通过光合作用，被海洋中的藻类和陆地上的植物吸收，转化为有用的碳水化合物和副产品氧（O2）。根据科学家的估计，海洋中的藻类通过光合作用释放的氧，要占生物用氧的90%。氧在一定程度上参与地球上所有生物的化学循环。尽管地球上自然植被在缩减，化石燃料被不断燃烧，氧的供应减少而消耗增多，但是大气中氧的浓度几乎是稳定的，就是因为海洋藻类释放的氧占有很大比重，起了稳定作用。农业的发展，也使值物吸收二氧化碳和释放氧的能力有所增加。
二氧化碳（CO2）在大气中含量虽然很少，却是大气的重要组成部分，一方面，二氧化碳是植物进行光合作用的基本原料；另一方面，二氧化碳能强烈地吸收和放射辐射波，避免地球一部分辐射能量返回宇宙空间，从而产生温室效应。地球上二氧化碳的主要来源是含碳物质的燃烧，既包括植物燃烧，也包括化石燃料（煤、石油、天然气）的燃烧。动物呼吸和有机体的腐烂，都会产生大量二氧化碳进入到大气中，而植物的光合作用、工业的发展以及森林面积的不断减少等，都会引起大气中二氧化碳有规律的增加。到现在，二氧化碳浓度已增加到340PPm，而且还在以每年1PPm的速度继续增加，使地球温室效应增强，从而导致整个地球变暖，引起人们的广泛关注。
臭氧（O3）是由3个氧原子构成的，它能使闪电后或电气设备周围的空气带有特殊的臭味儿。臭氧是一种有刺激性气味的淡蓝色有毒气体，甚至在低浓度下也容易发生爆炸。地球大气中臭氧的含量虽然很少，但是它能吸收太阳紫外线，使地面上的生命机体避免紫外线的严重损伤。地球有一个薄薄的臭氧层，在距离地表面约10～50公里的范围内，这一层的臭氧含量相当高。臭氧层的形成十分有趣，首先，是由于波长短于242毫微米的太阳紫外线辐射，把正常的氧分子（O2）分解成两个氧原子（O），氧原子（O）与未分解的氧分子（O2）合并，就产生了臭氧；臭氧（O3）形成后，又会被波长短于3000毫微米的太阳紫外辐射破坏。当臭氧（O3）形成和被破坏的数量达到化学平衡时，大气中的臭氧含量是稳定的，于是就形成臭氧层。如果臭氧的破坏速度小于形成速度，臭氧层浓度就会加大；如果臭氧被破坏速度大于形成速度，臭氧层就会逐渐变稀薄，紫外线就会到达地面，损害和杀伤大多数生物，后果不堪设想。
水汽
大气中水汽含量很少，但变动很大，浓度在0～4%之间变化。在地球大气的实际温度和压力条件下，水汽能从气态到液态和固态相互变化，其他气体成分只处于气态，都离液化程度很远，所以水汽是在自然条件下，能够进行从气态到液态和固态三态变换的惟一成分。大气中水汽主要集中在低层，水汽含量随高度增加而减少。在1.5～2.0公里的高空，水汽含量已只有地面的1/2；到5.0公里的高空，已只有地面的1/10；再向上水汽就更少了。不过，水汽随高度减少的情况，在不同地区不同季节并不完全一样。大气中的水汽含量也随纬度、海陆分布和地形起伏而不同。在低纬度地区，水汽含量较高；在高纬度地区，水汽含量减少。在寒冷而干燥的陆地表面，水汽含量接近于零；而在温度很高的势带海洋面上，空气中水汽含量可达4%。在向风坡水汽含量很高；在背风坡则很干燥。
水汽循环在天气气候形成过程中是一个十分重要的角色，也是地球大气中的一个显著特点。这其中有4种主要作用是不可忽视的。
第一种作用，是水汽在一定温度和气压条件下凝结成水滴，或直接形成冰晶，或由水滴冻结成冰粒，从而导致云、雾、雨、雪、冰雹、霜、露等等一系列大气现象，成为天气变化的主要角色。
第二种作用，不同形式的降水落到地面以后，又可蒸发成水汽，在蒸发过程中要吸收大气中的热量，而在凝结过程中又释放热量给大气。在蒸发和凝结过程中，伴随着地面和大气、低层和高层的热量交换过程。因为水汽在大气中存在水平输送，所以通过水汽也伴随着热量的水平输送，即从低纬度到高纬度、从海洋到陆地之间的热量交换。可见，水汽也是地球大气热量转换中的重要角色。
第三种作用，水汽能强烈地吸收红外长波辐射，并向地面放射长波辐射。因而水汽也是一种温室气体，对地球也有温室效应，虽然作用没有二氧化碳那么大，但也不能忽视。
第四种作用，水汽在其循环过程中，由于吸湿性固体粒子（如盐分、烟尘、孢子、花粉和细菌等）作为凝结核参加云滴的形成，云滴变成雨滴或雪粒降落到地面，也就导致对这些固体物质的冲洗。另外，雨、雪在降落过程中，也可能直接俘获固体粒子，达到冲洗效果。通过冲洗作用，大气就可以变得纯净而清新。
固体物质
在地球大气中含有大量的固体悬浮粒子和液体微滴，在气象学中统称为气溶胶。固体物质的主要来源是物质的燃烧产生的烟尘。森林火灾，工业燃烧，居民生活燃烧，都可以产生这种烟尘。海水的波浪也可造成小水泡飞溅进入大气，水泡蒸发后则剩下盐粒保留在大气中。水和风的风化作用可导致岩石破碎成微粒，风又会将这种微粒以及沙漠中的沙粒和农田中的土粒带到大气中。火山喷发物（水汽和烟尘），流星燃烧所产生的细小微粒和宇宙尘埃，也可以在大气中停留。另外，植物的孢子和花粉，以及细菌和其他微生物，也可以在大气中飘游。
固体物质通常分布在大气的低层，在大气中的含量是随高度而减少的。固体微粒在大气中的消失过程与微粒的大小有关系，较大的微粒本身有相当大的下降速度，最终沉降到地面；稍微小一点儿的具有吸湿性的微粒，则作为云滴的凝结核，随降水被带到地面。
固体微粒还有一个不可忽视的作用，就是能散射或反射太阳辐射，阻止太阳辐射热量到达地面，使地面温度降低，起着晴天打伞的作用，被称为“阳伞效应”。
3种温标
用来测量温度的单位是度，经常使用的有3种温标。一是摄氏温标。它把在标准压力下纯水溶解和纯水沸腾的温度作为基点，把两个基点之间的距离分成100等份。纯水溶解的温度定为0℃，而纯水沸腾的温度定为100℃，它们之间每一等份称1℃。
二是华氏温标。华氏温标把基点间的距离分成为180等份。水的溶解点相当于32，而沸腾点相当于212°F。
三是恺氏温标，又称为绝对温标。在这个温标上，把干空气体积变成零的温度取为0K，它相当于-273℃，水的溶解点相当于273K，而沸腾点相当于373K。
在气象学和人们的生活中，常用摄氏温标。但是在说英语的国家，如英国、美国、加拿大、澳大利亚和印度等国，多采用华氏温标。而在科学研究中，最好使用恺氏温标。
三种温标之间的关系是：
1℃=1K=95
1=59℃=59K
如果要把一种温标换算成另一种温标。则可按下面的公式进行。
t℃=（95+32）=（273+t）K
x=59（x-32）℃=[273+59（x-32）]KTK=（T-273）℃=[95（T-273）+32]
其中，t、x、T分别表示摄氏温标、华氏温标和恺氏温标的数值。
气温、地温和水温的关系
人们通常用大气温度来表示大气的冷热程度，称为大气温度或气温。这是为了区别于土壤温度（土温）和水体温度（水温）来说的。如果不是为了这种区别，我们说温度，就是指气温，也不会造成人们误解。
因为大气的热量主要要来自地面，地面的性质和状况又有很大差别，海洋和陆地，高山和平原，沙漠和森林，潮湿地区和干燥地区等等，不同的地面情况对大气温度的影响也不相同。
海洋和陆地的差别最有代表意义。例如，在某一纬度上到达地面的太阳辐射能量相同，可是结果并不一样。陆地上剧烈升温，海洋上升温却十分和缓，为什么呢？仔细分析，至少有以下原因：
第一，陆地的反射率大于海洋水面，导致陆地实际吸收的太阳辐射比海洋少10%～20%。由于这个原因，陆地升温应比海洋大，而冷却则比海洋快。
第二，陆地对各种波长的太阳辐射都不透明，吸收的太阳辐射都用在加热很薄的陆地表面；水面虽然对红色光和红外线不透明，但对可见光其余部分和达到水面的紫外线都是透明的，这一部分辐射能量可以达到海洋的深层。
第三，岩石和土壤都是不良导体，传导到土壤下层的热量很少；水却相反，有很高的传导本领，得到的太阳辐射能很快地向下层传导。
第四，岩石和土壤不能上下左右流动，海洋上却有波浪、洋流和对流进行热量的水平输送和垂直交换。
第五，岩石和土壤的比热，小于水体的比热。岩石的比热约为0.8368焦/克·度；水的比热是4.184焦/克·度。如果将4.184焦热量给1克水，温度可升高1℃；如果将4.184焦热量给1克岩石，温度可升高5℃。
第二至第五个原因，使陆地得到的太阳辐射只集中于表层，导致地面迅速而剧烈地升温，从而加强了地面和大气的感热交换。而水面则将太阳辐射的一部分向下层传播，使水温不断升高，传给大气的感热自然减少。
第六，海面有充足的水源供应，蒸发强烈，消耗了水面很多热量，使水温升不高，减少了空气的感热交换，但是热量多以潜热形式被带到大气中。感热是可以感觉到的热量，能立即使气温升高；潜热暂时不能升温，只有当水汽凝结时，才能释放潜热，加热大气。
由此可见，即使在同样太阳辐射条件下，地温和水温之间仍有很大差别。它们的大气热量交换方式（是感热还是潜热）和数量都不相同，从而产生天气和气候的差异。
地球上天气和气候的差异，并不仅仅发生在海洋和陆地之间，即使都在陆地上，沙漠和森林，荒地和农田，干燥地区和潮湿地区，山脉的向风坡和背风坡，阳坡和阴坡等等，天气和气候也不相同。
从赤道到极地
由于太阳辐射是随纬度增加而减少的，所以，就整个地球来说，气温是从赤道向两极递减的。不过这个规律往往受到其他因素干扰，在同一纬度上，温度并不一定相等。特别是在高纬度地区，海陆间的温度相差很大。为了说明单纯的纬度对温度的影响，人们就以纬度平均气温来比较，办法是从各月与年等温线图上，求取每隔10°纬度圈上等距36点的温度，然后加以平均，就可以得到各纬度的纬度平均气温。通常是计算0°、10°、20°、30°直到80°的纬度平均气温。这样做的好处就是把纬度以外的影响互相抵消掉了，只剩下纬度的影响。从纬度平均气温看，气温随纬度增加而降低的规律十分明显。例如，全年纬度平均气温，无论在南北半球，都是从赤道向两极逐渐降低的。赤道是26.2℃，到纬度55°附近变成负值，到极地都在-20℃以下。不过有趣的是，地球最热的纬度并不是赤道，而是在北半球纬度10°的地方，这个纬度被称为“热赤道”。赤道只有在北半球冬季才是最热的纬度，到7月份，最热的平均气温已经移到北纬20°。在南半球，因为海洋面积大，纬度平均气温随纬度增加而降低的规律更加明显。
气温的年较差是一年中最热月平均气温与最冷月平均气温的差值。从热赤道向两极年较差是增加的。西沙（北纬16°50′）年较差只有6.0℃，漠河（北纬53°28′）却高达50.0℃。这个特点与冬夏季太阳辐射的差值向极地增加有直接关系。不过南半球各纬度的年较差都比北半球小，这与南半球海洋面积远远大于陆地面积的情况有很大关系。
冬暖夏凉与冬冷夏热的秘密
海洋对温度有很大的调节功能，当太阳辐射强的时候，海洋能吸收大部分辐射热，并通过海水内部的热量交换，将大量热量储存起来。当太阳辐射减弱的时候，海洋又能将储存的热量释放出来。所以，海洋与陆地相比，有冬暖夏凉的特点，陆地则是冬冷夏热。地球表面海陆分布很不均匀，北半球陆地面积比南半球约大一倍，海洋面积则比南半球小，所以，北半球夏季比南半球热，冬季比南半球冷。北半球夏季平均温度为22.4℃，南半球只有17.1℃；北半球冬季平均温度为8.1℃，南半球却有9.7℃。
在高纬度，冬季大陆降温剧烈，而夏季升温却不很大。例如，在北纬40°附近，沿海的天津1月为-4.0℃，向内陆到呼和浩特降到-8.1℃（订正到海平面），共降低了4.1℃；而在7月天津是26.4℃，到呼和浩特升到27.9℃，只升高1.5℃。
在低纬度，夏季大陆升温剧烈，而冬季降温却不大。例如，在北纬30°附近，7月杭州气温28.4℃，武汉28.8℃，共升高了0.4℃；而1月都是4.1℃。
高处不胜寒
大气的主要热源是在地球表面，距离地面越远，气温就越低，气温随着高度增加而降低。难怪宋朝苏东坡也发出“高处不胜寒”的感叹。在山地，不同海拔高度地点的气温也是随海拔高度降低的。不过在山地的测点与低处平原的测点都接近地面热源，为什么也会有这种温度差别呢？原因是山地凸出于自由大气中，高山上的温度除了受本身的地面热源影响外，还受到自由大气温度的调节作用。山越高，自由大气对山地气温的调节作用就越明显。例如，庐山比九江高出1132米，冬季1月平均温度却从4.2℃降到-0.2℃；夏季7月从29.4℃降到22.5℃。冬季降低了4.4℃，夏季降低了6.9℃。我们把两个地点的温度差除以它们的高度差（以100米为单位），就得到它们之间气温的温度梯度。九江与庐山的温度梯度1月是-0.39℃/100米，7月是-0.61℃/100米。
温度梯度不仅随季节变化，而且随地形具体情况也有很大差异，例如，在秦岭北坡就小于南坡，北坡年平均温度梯度是-0.45℃/100米，南坡却有-0.54℃/100米。主要原因是，在冬季，北坡有冷空气经常聚集，减少了盆地与高山的温度差值。北坡冬季1月温度梯度只有-0.34℃/100米，而南坡处在冷气流的北风位置，1月仍有-0.54℃/100米；但在夏季这种情况并不存在，南北坡温度梯度都是-0.55℃/100米。
另外，由于自由大气的调节作用，高山上的温度年变化和日变化也是随高度的增加而减少的，用最热月温度减去最冷月的温度的差值表示年变化，称为年较差。九江的年较差为25.2℃，到庐山就降到22.7℃。年较差不仅随高度减少也可因坡向不同而有差别。秦岭以北的西安年较差达27.6℃，到华山降到24.2℃；可是在秦岭以南的安康年较差只有24.2℃，与华山几乎没有差别。当然，这与安康纬度偏南，云、雾及降水较多也有很大关系。
气温的周期性变化
气温的日变化与年变化，是与太阳辐射的日变化与年变化相联系的，是一种周期性变化。
从一天来说，气温一天中有一个最高值和最低值。日出后，随着太阳辐射增强，温度升高，由于地面热量传递给空气需要一定时间，所以气温的最高值出现在午后两点钟左右；随后气温逐渐下降，一直下降到清晨，在日出之前达到最低温度。最高温度与最低温度的差值，称为日较差。日较差也随纬度和季节有很大变化，这主要与正午太阳高度有关。在低纬度正午太阳高度大，太阳辐射日变化大，所以气温日较差也大，平均在12℃左右；而在高纬度只有3～4℃。夏季正午太阳高度比冬季大，所以夏季气温日较差也大于冬季。例如，长沙7月日较差为9.0℃，1月只有5.7℃。地表性质对温度日变化影响也很大。在热带，海洋上的气温日较差为1～2℃，而在内陆常可达15℃以上，沙漠上常可达25～30℃。山谷的气温日较差大于山峰，凹地的日较差大于高山，干燥地区大于潮湿地区。雨天和阴天气温日较差明显小于晴天，而且很不规则。
从一年来说，气温的年变化也有一个最高值和最低值，但出现时间并不与太阳高度最高和最低值的时间（夏至与冬至）对应，而是要落后1～2个月。陆地落后较少，海洋落后较多。在内陆地区，7月最热，1月最冷；在海洋上或沿海地区，最热月是8月，最冷月是2月。最热月与最冷月的差值称为年较差。气温年较差是随纬度而增大的。海洋上冬暖夏凉，年较差比内陆小。沿海的天津年较差30℃，到内陆的呼和浩特则增加到35℃。
气温的地理分布
气温在地球上的分布，以纬度、海陆分布和高度的影响最为突出。在纬度的影响下，气温随纬度升高而降低，同一纬度上的气温基本上是相同的。在海陆分布影响下，海洋性强的地方，冬天比同纬度温暖，夏天比同纬度凉爽；大陆影响强的地方，冬天可以把寒冷扩展到较低的纬度，夏天可以使炎热向较高的纬度延伸。大陆面积的大小，距海远近，盛行气流是离岸风还是向岸风，海洋洋流的性质，都可以决定海陆分布影响的程度。例如，欧洲处于大西洋的东岸，沿岸有墨西哥暖流经过，又处在西风位置，所以冬季很温暖，夏季温度也不高。随着向内陆深入，海洋影响逐渐减弱。而大陆影响逐渐增强，世界上的绝对最高温度（63℃）出现在索马里境内；北半球最冷的地方出现在东西伯利亚身米亚康（-73℃），虽然距海都不远，但是不利的气流条件，使这些地方得不到海洋的调节，导致温度十分极端。世界最低温度-90℃，出现在南极大陆内部。我国漠河冬季最低温度达-52.3℃，吐鲁番夏季最高温度达49.8℃，都是在大陆内部地区。
在高度的影响下，山地和高原温度低于四周平原地区。例如，青藏高原冬季显得特别寒冷，1月温度都在-10.0℃以下，所以人们都称青藏高原为仅次于南极和北极的世界第三极。即使在夏季，青藏高原内部7月温度仍在10.0℃以下。
水汽压和相对湿度
大气中水汽的含量虽然不多，却是大气中极其活跃的成分，在天气和气候中扮演重要角色。大气中的水汽含量有很多种测度方法，日常生活中人们最关心的是水汽压、绝对湿度和相对湿度少。
水汽压（e）是大气压力中水汽的分压力，和气压一样是用百帕来度量的。以前气压和水汽压也常常以水银柱的毫米数来测度，现在的1百帕=0.75008毫米水银柱。在一定温度下空气中水汽达到饱和时的分压力，称为饱和水汽压（E）。饱和水汽压随着气温的升高而迅速增加。
绝对湿度（a）是指单位体积湿空气中含有的水汽质量，也就是空气中的水汽密度，单位为克/厘米3或千克/米3.绝对湿度不容易直接测量，实际使用比较少。如果水汽压的单位为百帕，绝对湿度的单位取千克/米3，则两者关系为：
a=2.167eT千克/米3
其中T是绝对湿度。我国过去称水汽压为绝对湿度，无疑是不精确的，现在已经不这样称呼了。
相对湿度（f）是指空气的水汽压（e）与同一温度下的饱和水汽压E之比，以百分数表示是：
f=eE%
相对温度的大小表示空气接近饱和的程度。不难明白，当f=100%时，空气已经达到饱和，未饱和时，f＜100%，过饱和时，f＞100%。相对湿度的大小不仅与大气中水汽含量有关，而且也随气温升高而降低。
湿度的月变化和年变化
在日常生活中，与人们关系最密切的是水汽压和相对湿度。
水汽压的大小与蒸发的快慢有密切关系，而蒸发的快慢在水分供应一定的条件下，主要受温度控制。白天温度高，蒸发快，进入大气的水汽多，水汽压就大；夜间出现相反的情况，温度低，蒸发慢，水汽压较小。所以水汽压在一天的变化，基本上由温度决定。每天有一个最高值出现在午后，一个最低值出现在清晨。在海洋上，或在大陆上的冬季，多属于这种情况。但是在大陆上的夏季，水汽压有两个最大值，一个出现在早晨9～10时，另一个出现在晚间21-22时。原因是，9～10时后，对流发展旺盛，地面蒸发的水汽被上传给上层大气，使下层水汽减少；21～22时后，对流虽然减弱，但是温度已降低，蒸发也减弱了。与这个最大值对应的是两个最小值，一个最小值发生在清晨日出前湿度最低的时候，另一个发生在午后对流最强的时候。
相对湿度的大小，不但取决于水汽压，而且取决于温度。当气温升高时，虽然地面蒸发加快，水汽压增大，但是这时假饱和水汽压随温度升高而增大得更多些，使相对湿度反而减小。同样的道理，在气温降低时，水汽压减小，但是饱和水汽压随温度下降得更多些，使相对湿度反而增大。所以相对湿度在一天中有一个最大值出现在清晨，一个最低值出现在午后。
水汽压的年变化和气温的年变化相似。最高值出现在7～8月，最低值出现在1～2月。相对湿度因为与水汽压和温度都有关系，年变化情况比较复杂。一般情况下，相对湿度夏季最小，冬季最大。但是在季风气候地区，冬季风来自大陆，水汽特别少，夏季风来自海洋，高温而潮湿，所以相对湿度以冬季最小，而夏季最大。不过湿度的年、日变化，实际上比较复杂。因为除温度以外，各个地方地面干湿不同，蒸发的水分供给有很大差异。对流运动使水汽从下层向上层传输，使低层水汽减少，上层水汽增加，也会影响湿度的日变化。气流的性质也有很大影响，夏季低纬度海洋来的气流高温高湿，冬季高纬度大陆来的气流寒冷而干燥，也会影响湿度的年、日变化。
水汽压的地理分布
地球表面湿度分布十分复杂，因为纬度、海陆分布、植被性质等等，都能够决定湿度的大小。我们仅从水汽压谈它的全球分布，相对湿度情况更加复杂。
在冬季，赤道是一个水汽压特别大的地区，水汽压在30百帕以上。赤道带不但有广阔的海洋，即使在大陆上，亚马逊河和扎伊尔河流域广阔的热带雨林，都有极大的蒸发量。从赤道向两极，水汽压很快减少，亚洲东北部减少到接近于零，显然是与气温极低有很大关系。在沙漠地区，特别是撒哈拉沙漠和中亚沙漠，水汽压都很小，都在10百帕以下。
到北半球的夏季，虽然赤道地区仍是水汽压最大的地带，但是赤道与两极之间的水汽压差别已大大减少。例如，亚洲东北部已增加到10.7百帕，沙漠地区也增大到15百帕以上。
有趣的风压定律
大气中实际气压场的分布，既不是一些很整齐的平直等压线，也不是圆形等压线，但是等压线具有封闭形式的高、低气压区还是很多的。这些封闭的高、低气压区的实际风向分布，都遵循着一定规律，即在低压区的实际风向，北半球呈反时针方向旋转，南半球呈顺时针方向旋转，并且北、南半球都从中心向四周辐散。1857年，荷兰人白贝罗发现了这个规律，并提出风和气压场的关系。他说：如果在北半球感觉风从背后吹来，右边必定是高气压区，左边必定是低气压区。这句话，具体而清楚地说明了北半球高、低气压区内实际风向的分布，称为白贝罗定律，我国气象界称为风压定律。
大气环流
地球上大气环流是由各种相互有联系的气流，包括水平气流和垂直气流，地面气流和高空气流，以及大、中、小不同尺度规模的气流综合构成的。一般称为大气环流的，是指大规模的行星尺度的大气运动。大气环流是由地球表面太阳辐射的差异，以及海陆分布、地形起伏等一系列影响造成的，是地球大气最基本的运动形式。通过大气环流，把热量和水分从一个地区输送到另一个地区，从而使高低纬度之间、海陆之间的热量和水分得到交换，促进了地球上的热量平衡和水分循环，成为天气气候形成的重要基础。
三圈环流是假设地球表面均匀的情况下，因地转偏向力影响形成的理想经圈环流结构的俗称。由于地球上高低纬度接受的太阳辐射不均匀，导致温度分布不均匀。在赤道地区，空气因受热而上升，到高空分成向南和向北两支气流。空气一开始运动就受到地转偏向力的作用，离赤道愈远，地转偏向力愈大。到30°附近的地方，地转偏向力增大到与气压梯度力相等时，气流就沿纬圈方向流动，空气在此不断积压下沉，在副热带地面就形成了高压，即副热带高压带。副热带地面的空气就向赤道和极地两边流动，其中流向赤道的气流，在地转偏向力的作用下，在北半球偏转成东北风，而在南半球偏转成东南风，这种风比较恒定，称为信风。北半球的东北信风和南半球的东南信风到赤道辐合上升，补偿了由赤道上空流出的空气，高空风由赤道吹向副热带，在地转偏向力的作用下，北半球吹西南风，南半球吹西北风，所以高空与低层风向相反，称为反信风。信风与反信风在热带形成一个闭合环流圈（哈得莱环流圈）。
由副热带高压在地面流向极地的气流，由于地转偏向力的作用，到北半球中纬度偏转成西南风，南半球偏转成西北风。在极地由于气温低，地面为高压，由极地高压向赤道流的冷空气，在地转偏向力的作用下，北半球偏转为东北风，南半球偏转为东南风。这种极地气流与副热带气流在纬度60°附近相遇，形成极锋。从副热带来的暖空气沿极锋向极地方向滑升，然后在极地上空冷却下沉，补偿了极地下沉并向赤道流的空气质量，形成极地闭合环流圈。
此外，在赤道上空平流层底部的温度较极地低，使气压随高度减少得较快，所以极地上空平流层的某一高度处的气压比赤道上空同一高度的气压高，风由极地吹向赤道，在地转偏向力作用下形成偏东风。平流层的偏东风与对流层中的偏西风组成了平流层与对流层之间的巨大中纬度环流圈。
以上就是大气环流的三圈模式，从这个模式可以看出地面气压带和行星风带的分布情况。
季风
什么是季风？过去只认为风向有季节变化，就是季风。现代人们对季风的认识有了进步，至少有3点是公认的，即：①季风是大范围地区的盛行风向随季节改变的现象，这里强调“大范围”是因为小范围风向受地形影响很大；②随着风向变换，控制气团的性质也产生转变，例如，冬季风来时感到空气寒冷干燥，夏季风来时空气温暖潮湿；③随着盛行风向的变换，将带来明显的天气气候变化。
季风形成的原因，主要是海陆间热力环流的季节变化。夏季大陆增热比海洋剧烈，气压随高度变化慢于海洋上空，所以到一定高度，就产生了从大陆指向海洋的水平气压梯度，空气由大陆指向海洋，海洋上形成高压，大陆形成低压，空气从海洋流向大陆，形成了与高空方向相反的气流，构成了夏季的季风环流。在我国为东南季风和西南季风。夏季风特别温暖而湿润。
冬季大陆迅速冷却，海洋上温度比陆地要高些，因此大陆为高压，海洋上为低压，低层气流由大陆流向海洋，高层气流由海洋流向大陆，形成冬季的季风环流。在我国为西北季风，印度为东北季风。冬季风十分干冷。
不过，海陆影响的程度，与纬度和季节都有关系。冬季中、高纬度受海陆影响大，陆地的冷高压中心位置在较高的纬度上，海洋上为低压。夏季低纬度受海陆影响大，陆地上的热低压中心位置偏南，海洋上的副热带高压的位置向北移动。
当然，行星风带的季节移动，也可以使季风加强或削弱，但不是基本因素。至于季风现象是否明显，则与大陆面积大小、形状和所在纬度位置有关系。大陆面积大，由于海陆间热力差异形成的季节性高、低压就强，气压梯度季节变化也就大，季风也就越明显。北美大陆面积远远小于欧亚大陆，冬季的冷高压和夏季的热低压都不明显，所以季风也不明显。大陆形状呈卧长方形时，行星风带的影响就难以从大陆的一侧达到另一侧，这另一侧就易于形成强盛的季风。欧亚大陆就是因为呈卧长方形，从西欧进入大陆的湿暖气流很难达到大陆东部，所以大陆东部季风明显。北美大陆呈竖长方形，从西岸进入大陆的气流可以到达东部，所以大陆东部也无明显季风。大陆纬度低，无论是海陆热力差异，还是行星风带的季风移动，都有利于季风形成。欧亚大陆的纬度位置达到较低纬度，北美大陆则主要分布在纬度30°以北，所以欧亚大陆季风比北美大陆明显。
海陆风与山谷风
生活在海滨地区的人都知道，只要天气晴朗，白天风总是从海上吹向陆地；到夜里，风又从陆地吹向海上。从海上吹向陆地的风叫海风；从内陆吹向海洋的风叫陆风。在气象上把这两种范围不大的、比较清和的风合称为海陆风。因此，海陆风是因为海陆的热力差异所形成的周期性的风，其风向的转换以昼夜为周期。
白天陆地上增温迅速，海水增温缓慢。这就使近地面的空气受热上升，气压降低；近海面的空气遇冷下沉，气压高些。际地上的空气上升到一定高度之后，与同高度海面上的空气相比，空气密度增大，气压要高一些了。这样在下层近海面的气压高于近地面的气压，在上层陆地气压又高于海洋，而空气总是从气压高的地区流向气压低的地区，因此在海陆交界地区就出现了范围不大的垂直环流。陆地上近地面空气受热上升到一定程度后，从上空流向海洋；在海洋上空遇冷下沉，到达海面后，转而流向陆地。这种在下层从海洋流向陆地，方向差不多垂直海岸的风，就是海风。
到了夜晚，陆地降温冷却很快，近地面的大气受冷下沉，气压升高；而海水降温十分缓慢，与陆地相比要温暖得多，近海面的空气遇热上升，气压相对降低。但到一定高度以后，海上的气压又高于同高度上陆地气压，形成了在下层的空气从陆地流向海洋，在上层空气便从海上流向陆地这样一个与海风流向相反的垂直环流。在这个垂直环流中的下层，从陆地流向海洋，方向大致与海岸垂直的气流，便是陆风。
由于白天海陆温差较大，陆地上大气层较不稳定，有利于海风的发展；而夜间，海陆温差较小，所能影响的气层较薄，因而一般海风比陆风强。在温度日变化较大，以及昼夜海陆温度差较大的地区，海陆风最显著。所以在气温日变化比较大的热带地区，全年都可以看到海陆风；中纬度地区海陆风较弱，而且大多在夏季才出现；高纬度地区，只有夏季无云的日子里，才可以偶尔见到极弱的海陆风。我国沿海的台湾省和青岛等地，夏半年的海陆风尤为明显。
在内陆山区也有局部周期性风向变换的风。白天风从山谷吹向山坡，称做谷风；夜间，风又自山坡吹向山谷，叫做山风。二者合称山谷风。
山谷风的形成同海陆风类似。白天，山坡接受太阳光热较多，成为一只小小的“加热器”，空气增温较多；而山谷上空，同高度上的空气因离地面较远，增温较少。于是山坡上的暖空气不断上升，并从山坡上空流向谷地上空，谷底的空气则沿山坡向山顶补充，这样便在山坡与山谷之间形成一个热力环流。下层空气由谷底吹向山坡，称为谷风。到了夜间，山坡上的空气受山坡辐射冷却影响，“加热器”变成了“冷却器”，空气降温较多；而山谷上空，同高度的空气因离地面较远，降温较少。于是山坡上的冷空气因密度大，顺山坡流入谷底，谷底的空气因汇合而上升，流向山顶上空，形成与白天相反的热力环流。下层风由山坡吹向谷地，叫山风。
山谷风是山区经常出现的气象现象。在我国的高原和盆地边缘也可以见到与山谷风类似的风。我国新疆的乌鲁木齐，南倚天山，北临准噶尔盆地，山谷风交替非常明显。
干热风
初夏时节，我国有些地区经常出现一种高温、低湿的风，一般持续时间在3天左右，有的地区称为“热风”，有的叫“火风”、“干旱风”等，气象上一般把温度高于或等于25℃、相对湿度低于或等于30%、风速大于或等于每秒4～5米的综合现象称为干热风。
干热风因各地的自然条件不同，其成因各不相同。每年初夏，我国西北内陆地区气候炎热，降水稀少，增温强烈，气压迅速降低，在蒙古和我国河套以西与新疆、甘肃一带常形成一个势力强大的大陆热低压。在这个热低压的周围，气压梯度随着气团温度的增加而加大，于是干热的气流就围着热低压旋转起来，形成一股又干又热的风，这就是干热风。当热低压离开源地之后，沿途经过干热的戈壁沙漠，会变得更加干热，干热风也变得更强盛。强烈的干热风由于其高温、干旱、强风迫使空气和土壤的蒸发量增大，作物体内的水分消耗加快，从而破坏了叶绿素，阻碍了作物的光合作用和合成过程，使植物很快地由下往上青干，对当地的小麦、棉花、瓜果等均可造成危害。
在黄淮平原，春末夏初，正是北半球太阳高度角增大的季节，同时又是我国北方雨季来临前天气晴朗、少雨的时期。在干燥气团控制之下，这里天晴、干燥、风多，地面增温快，平均最高气温可达25～30℃，行云致雨的机会少，容易形成干热风。
江淮流域的干热风是在太平洋副热带高压西部的西南气流影响下产生的。太平洋副热带高压是一个深厚的暖性高压系统，自地面到高空都是由暖空气组成。春夏之际，这个高气压停留在江淮流域上空，以后逐渐向北移动。由于在高压区内，风向是顺时针方向吹的，所以在太平洋副热带高压的西部，就吹西南风。位于副热带高压偏北部和西部地区，受这股西南风的影响，产生干热风天气。干热风常常和干旱一起危害作物。干旱期，作物根部本来就吸不到应有的水分，而干热风又从茎叶中把大量的水分攫取走了，因而使作物更快地萎黄枯死。
长江中下游平原，梅雨结束后天气晴干，偏南干热风往往伴随“伏旱”同时出现，对双季早稻抽穗扬花不利。
寒冷的布拉风
气象学上把从不太高的山区、高原上下泻到温暖海边的严寒风暴为“布拉风”。在黑海北岸的诺沃西斯克城布拉风发生之前，寒冷的高加索山区发展着冷空气高压，而在温暖的黑海上发展着暖空气低压。高加索山脉的余脉，海拔仅400～650米的瓦拉特山脉上的冷空气受黑海低压吸引，沿着瓦拉特山脉几乎笔直（约60°）下降的西南坡，像瀑布似的直泻山麓，冷空气的位能转化成的动能使得布拉风更加猛烈。据统计，诺沃西斯克城于1901年～1954年的54年中，共出现布拉风600多次，其中风速在每秒30米以上形成灾害的共有41次，平均每次持续3～4天。1934年2月的一次风速超过每秒60米。诺沃西斯克城是世界上布拉风最典型最严重的地方之一。
在世界各地，凡是高寒山区，濒临温暖的海洋或其他水面的地方，在冬半年都可见到这种干冷的布拉风。如地中海西北角利翁湾沿岸的法国罗讷河谷；挪威的西海岸；爱琴海北岸以及俄罗斯境内的贝加尔湖沿岸等地都有干冷风，只不过称呼不同。
台风
台风是产生于热带海洋上的一种风暴，世界各地对它的称呼各不相同。菲律宾叫它碧瑶风；北美洲称它为飓风；印度半岛叫做热带气旋；日本叫它台风；我国过去统称之为台风，现在则分为：风力在8～9级为热带风暴，10～11级为强热带风暴，最大风力在12级或12级以上的为台风。
据统计，每年在全球热带海洋上大约产生近80个热带气旋，而以太平洋上生成的最多，占全球总数的60%以上。我国是世界上受热带气旋影响最严重的国家之一，影响我国的热带气旋主要是在西北太平洋上生成的，其次是生成于我国南海海面。每年的5～10月会有热带气旋在我国登陆，而7～9月是热带气旋在我国登陆的集中的季节。每年生成于北太平洋西部的热带气旋平均有20多次，一年中少则9次，多达30多次。台风大都生成于菲律宾以东的洋面上，影响我国的路径一般有3条：一条是向西，经过南海，在我国两广地区和越南一带登陆；一条是向西北，越过台湾岛，在福建、浙江和江苏沿海登陆；还有一条是向北，再转向东北，移向日本。
台风的规模很大。如果从上往下看，它是一个近似圆周形的空气大涡旋。它的直径为数百公里到上千公里；高度离地面约15～20公里。因它周围的空气急剧地向中心涌来，激成涡旋，风力很强。但在台风的中心，有一直径5～30公里的区域，由于周围空气回转急剧，不能进入，气候十分平静。白天这里有蓝色的天空和太阳，夜晚则可见到月亮和星星。这个中心就是非常奇特的台风眼。从台风眼向外看，四周是巨大的云墙区，也叫涡旋区，是由同心圆状云带组成。云墙区内空气呈螺旋状旋转上升，空气中携带的水汽随之凝结形成积雨云，在螺旋状积雨云带之间，普遍有浓厚的层状云。云墙区的宽度约8～20公里，其底部距地面数十至百米，顶部高达12公里以上。台风的最大破坏力集中在云墙区。一般最大风速出现在云墙外侧区域，云墙内由于气流强烈上升，最大暴雨多出现在此。从云墙区向外，是螺旋云带，从里向外风速逐渐减小，旋向台风内部的角度也逐渐减小。
台风内的气压分布是从外向里越来越低，中心气压最低。台风是热带海洋上海水温度高于28℃区域的产物。在热带洋面上，接受太阳光热多，海水蒸发旺盛，使得海洋上空变得高温，空气中的水汽携带着巨大的蒸发热量，一旦水汽凝结就会释放出这些被气象学上称为潜热的热能，这种潜热为台风的生成和发展提供了所需的热能；近洋面空气受热上升，形成低压，暖湿空气向那里汇流聚集，不断上升，巨大的气柱在上升过程中，不断冷凝成云和雨，释放出大量的潜热，使上升气流的速度加快，当受热的空气上升越来越快时，新的空气不断聚集到风暴中心，就这样风暴变成速度更猛烈的台风。在台风经过的地区常产生灾害性的天气，这就是大风或由大风引起的海上巨浪和暴雨。
气温骤降的天气——寒潮
寒潮是一种灾害性天气。它是大范围的强冷空气活动。寒潮的标准是：长江流域及其以北地区48小时最低气温下降10℃以上，长江中下游最低气温达4℃以下，且陆上伴有5-7级风，海上伴有6-8级风。
影响中国的寒潮冷空气，主要形成于极地、俄罗斯的西伯利亚及蒙古一带。一般冷空气按西路、中路和东路三个路径影响我国。不是每一次寒潮冷空气都能到达中国南方，有的只到长江流域或在长江以北即折向东。冷空气沿哪一条路径，并不完全决定于进入中国前的冷空气路径，主要决定于地面的冷高压强弱与环流形势。寒潮在中国各地造成的降温以西北和东北最明显。
寒潮为什么是一种灾害性天气呢，主要是因为寒潮侵袭时，降温剧烈，还伴有大风、风沙、降水和霜冻。这些天气过程给我国北方冬麦区带来了严重的危害。春季也给西北和内蒙古干燥和土质疏松的地区带来沙暴天气。也可在长江以南引起大范围雨雪，并夹有雷电、冰雹等现象。而我国的青藏高原及云贵一带受寒潮影响较小。
在日常生活，人们常常将寒潮称之为寒流，实际上这个熟称是错误的。
从前面我们对寒潮的论述，你不难发现，寒潮是气象学上的名词，它是一种天气过程，它暴发在深秋，初春有时间性和季节性。
寒潮是海洋学的专用词，指的是海洋中大规模海水沿着一定方向具有相对稳定速度流动，且水温低于所经海区水温的洋流。
从字义上说，“流”字含有运转不停的意思，而“潮”字则带有阵发和周期性质，而且来势迅猛、汹涌，持续期也较短。
灾害极大的天气——龙卷风
我们知道台风的风速是很大的，最大风速为每秒100米。而龙卷风的风速比台风还大，一般可达每秒100～200米，最大可能大于每秒300米甚至还可超过声音的传播速度，所以龙卷风能产生巨大的破坏力。
据记载，1954年9月24日，一股巨大的龙卷风从天而降，把上海浦东江边一个110吨重、比三层楼还高的大储油罐卷到半空，然后轻而易举地将它甩到120米以外的地方，令人惊骇不已。
龙卷风为什么会具有比台风还强得多的风力呢？我们不妨做一个小实验：当我们把一个装满水的水池里的塞子拔掉后，在出水口你会看到一个水流的涡旋。
台风和龙卷风都是一种大气的涡旋，龙卷风是从雷雨云底部伸下来的一种急速旋转的圆形空气柱，四周的空气都向涡旋的中心流动。旋转风速的大小与单位距离内气压差的大小成正比。气压差越大，作用在空气上的力就越大，风力也越大。
通常，大气中的气压为101.3千帕，台风中心的气压为80多千帕，压差20多千帕。而龙卷风中心的气压为40千帕左右，最低时可达20千帕，压差为60～80多千帕。龙卷风中心到边界的距离一般仅为几百米，而台风却达几百千米。所以，龙卷风的气压梯度远远大于台风，风力比台风也就强烈得多。
威力巨大的泥石流
大家一定都听说过泥石流的事情。泥石流是一股粘稠的泥浆裹夹着巨石突然爆发。历时短暂、来势凶猛，像山洪一般，以排山倒海之势，沿着峡谷奔泻而出。但见，泥浆飞溅、山谷轰鸣、顿时在山外堆积成一片石的海洋。这种挟着大量泥浆砂石的特殊洪流就称为泥石流。
泥石流常常发生在温带或半干旱地区的山区。这种洪流最快时可达每秒10米的速度。上千吨的巨石竟像飘浮在水中的木块似的冲出山谷，流到比较平坦的地方才能慢慢地停止下来。它可以把数以亿计的土石方搬到山下，可见破坏力之大。
那么，泥石流是怎样产生的？
在地质构造复杂，地震烈度较大，只有一个狭窄出口的山区沟谷，地表岩层破碎、山坡上有松散的土层和厚层的风化物质所覆盖，为形成泥石流提供了丰富的固体物质；还要有充足的水源。在降雨多，中、上游地区多暴雨，或冰雪快速消融及湖泊溃决等情况发生的山区都极易导致泥石流的发生；最根本的还是要有陡峻的地势，具备上述的条件，在重力的作用下，泥石流就易爆发。
海市蜃楼
我国山东半岛的蓬莱，濒临渤海，在蓬莱阁附近的海面上，有时会出现一种奇景：亭台楼阁，车水马龙，被誉为“蓬莱仙境”。
1988年6月1日，蓬莱海面上横着一条乳白色的雾带，先是大小竹山两个岛屿涌起一股橙黄色的彩云，不断地升腾变幻，一会儿像金风摆尾，一会儿又似仙女游春。接着南长山列岛在雾纱中渐渐隐去，隐现出一个神秘的新岛，岛上仙山之中隐约可辨玉阙珠宫，堪称奇绝。矗立在悬崖上的蓬莱仙阁，烟雾笼罩，那朦胧之中的亭台仿佛琼楼玉宇。蓬莱阁下的登州古城，也是云烟浩渺，宛如仙境。
最神奇的是20世纪30年代出现在海上的“荷兰飞船”，曾轰动世界。在大西洋上，有艘美国轮船遇上一条怪船，那是一艘16世纪的帆船，正迎面驶来，船上有许多乘客。船长看到它越来越近，立即命令水手改变航向，但为时已晚。谁知快碰撞的危险时刻，这艘船却从船舷旁擦过去了。这时候，几百名乘客清楚地看到，这是一艘古代荷兰帆船，船上站着一些身着古装的人，正高举手臂像在呼救似的。
这是一种奇异的光象，也叫“海市蜃楼”（上观蜃景），大多发生在海面、江面上。在夏季，海上的上层空气被太阳晒得很热，密度小，而贴近海面的空气较冷，密度大。当光线穿越两层密度悬殊的空气，由于光的反射和折射，在平直的海岸和海面上就可以看到地平线下平时看不到的岛屿、风物和帆船了。蓬莱仙岛实际上是附近庙岛列岛的幻影。而荷兰飞船是一家电影公司拍摄荷兰飞船电影时，船被风吹到海洋中，在适当的空气、温度、密度等条件下出现的幻景。
温室效应
冬天我们能吃上新鲜蔬菜，这是因为菜农们建造了温室，它有保暖作用，使蔬菜花卉在冬季也能正常生长。为什么温室能保温呢？因为，它的屋顶全是玻璃的，玻璃有一种特殊的功能，它能让太阳光的短波辐射通过，而不能让地面的长波辐射通过。
这样太阳光可以通过玻璃照射到温室内，使温室内地面温度升高，而温室内地面放出的长波辐射则不能通过玻璃逃逸到室外，从而使温室内的温度远高于温室之外，这种作用叫温室效应。
对于地球表面来讲，大气也有温室效应。因为，大气层本身就像一个大玻璃罩一样，把地球严密地包了起来，才使地球表面有了现在这样的温度。若是没有大气层，地球表面的温度将下降33℃，因此说大气层对地球表面有温室效应。
大气中温室效应最强的是温室气体，如二氧化碳、甲烷、水汽等。其中二氧化碳作用最强，大气的温室效应有一半以上是由它造成的。由于砍伐森林及燃烧煤、天然气、石油等，使大气中的二氧化碳浓度在迅速增加，因而使温室效应将更为加剧。温室效应已成为受到世界各界广泛关注的问题之一。
灾难深重的厄尔尼诺现象
进入20世纪70年代后，全世界出现的异常天气，有范围广、灾情重、时间长等特点。在这一系列异常天气中，科学家发现一种作为海洋与大气系统重要现象之一的“厄尔尼诺”潮流起着重要作用。
“厄尔尼诺”是西班牙语的译音，原意是“神童”或“圣明之子”。相传，很久以前，居住在秘鲁和厄瓜多尔海岸一带的古印第安人，厄尔尼诺现象发生区域示意图很注意海洋与天气的关系。他们发现，如果在圣诞节前后，附近的海水比往常格外温暖，不久，便会天降大雨，并伴有海鸟结队迁徙等怪现象发生。古印第安人出于迷信，称这种反常的温暖潮流为“神童”潮流，即“厄尔尼诺”潮流。
厄尔尼诺是一种周期性的自然现象，大约每隔7年出现一次。近年来，科学家通过对全球气候的研究，认为厄尔尼诺不是一个孤立的自然现象，它是全球性气候异常的一个方面。在正常年份，秘鲁西海岸的太平洋沿岸地区都受一股冷洋流控制，有一个范围很大的天然渔场。一旦出现气候异常，东太平洋的冷洋流即被一股暖洋流所代替。厚度达30多米的暖洋流覆盖在冷洋流之上，使大量冷水性的浮游生物遭到灭顶之灾，纷纷逃离或死亡，这就是厄尔尼诺现象。
气象学家对厄尔尼诺的研究，还是20世纪60年代后期的事。他们查阅了第二次世界大战以来30余年的天气档案，发现几次重大的“厄尔尼诺”现象发生年，都出现过全球性的天气异常。1972年的全球天气异常，就与当年厄尔尼诺暖流特别强大有关。这一年我国发生了新中国建国以来最严重的一次全国性干旱。与此同时，有一些国家和地区却发生了严重洪水。
天文气候带与物理气候带
气候带是大致与纬圈平行，环绕地球呈连续带状分布的气候分类单位，是地球上最大的气候区域单位。从低纬度到高纬度，气候带按一定顺序分布。气候带的划分是由最基本的气候形成因素——太阳辐射这一条件决定的。古代希腊亚里斯多德就曾以南、北回归线和南、北极把地球气候划分为5个气候带，即：热带、北温带、南温带、北寒带、南寒带。称为天文气候带或数理气候带。这种古老的气候带划分方法，只是根据太阳高度和昼夜长短，所以也称为太阳气候带。
根据太阳气候带，每个气候带的面积占整个地球总面积的百分比是：热带占40%，温带占52%，寒带占8%。
温带处于中纬度地区，南北温度梯度大，气候有极大差异。温带占如此大的面积，与实际气候分布很不相称。因此，温带一般又分为3个带，即：亚热带、温带和冷温带。赤道无风带是空气辐合的地带，除了全年高温外，也全年多雨，不论气候和植物与热带其他地区有明显不同，况且热带面积也太大，所以又从热带中划出赤道气候带，热带就只包括赤道气候带与回归线之间的地区。这样，地球上的气候带就包括：赤道带、热带、副热带、温带、冷温带和寒带。
因为地球表面实际并不均匀，海陆分布、地形和洋流都影响气候，上述划分的各个副带并没有人们公认的界线。实际上，等温线并不与纬圈完全平行，用回归线和极圈划分的气候带与实际气候有很大差别，尤其是以高纬度地区最为突出；但是由于这种方法简单，并且能大致反映地球上的生物现象分布情况，所以至今还是被人们采用。
赤道气候带
赤道气候带出现在赤道无风带的范围内，包括南美洲亚马逊河流域，非洲扎伊河流域、几内亚沿海、及马来西亚、印度尼西亚和巴布亚新几内亚等地。太阳每年有两次越过天顶，温度在春、秋分以后有两个极大值，冬、夏季则为两个较凉季节。太阳徘徊于赤道附近，使赤道气候终年高温，年平均气温25～30℃，年较差极小，平均不到5℃，日较差相对比较大，平均达10℃，远大于年较差，真所谓“一天有四季”。赤道地区最高温度很少达到35℃，但因终年高温而终年闷热，只有短暂的海风，才能使闷热稍减，风息之后，又闷热异常。
赤道气候带降水丰沛，是地球上最多雨的地带。年降水量1000～2000毫米，2500毫米的情况也很常见，降水量全年分配均匀，没有明显的干季，降水多为对流雨。
赤道气候带位于东北信风和东南信风的辐合线上，温度水平分布均匀，气压梯度小，空气极少流动，风速微弱或静稳；所以海陆风易于发展。每日凉爽的海风，给人们带来短暂的舒适和快意。
热带气候带
热带气候带分布在赤道气候带与回归线之间，太阳高度仍然很高，常年高温，四季不明显，年平均气温在20℃以上，最冷月气候在15～18℃之间，年较差可大到12℃。晴朗干燥时气候还可高于赤道。最高温度可达43℃以上。夜间降温迅速，清晨可降至10℃，冬季还可出现霜冻。因为雨季出现于夏季，使夏季的温度降低，所以最热时期出现在雨季之前。但是雨季因为湿度大，常常感到闷热。雨季后温度又有升高。
热带虽然四季不明显，干湿季却十分显著。干、湿季转换时间各地稍有差异，雨季时间大致是5～10月，干季为11～4月。热带雨季的气候与赤道带相似，高温、多雨、闷热，日较差小，常间以短暂的晴朗天气，雨量在1000～1500毫米之间。越靠近赤道雨季越长，干季越短，雨季以后的干季，在信风控制下，盛行下沉气流，气候干燥，相对湿度60%～70%，雨量极少，植物凋萎，土壤干裂。
热带夏季，海洋面上水温在26.5℃以上。热带气旋（台风）每易发生，台风路径在热带多为向西行进，然后向北，出了热带，则向东行进。在热带气候行进路上，如无减灾、防灾措施，就可能遭受洪水和暴风袭击，造成生命财产损失。
副热带气候带
副热带也称为亚热带，副热带气候带出现在副热带高压控制的地带，一年中的大部分时间受信风吹拂，盛行下沉气流，地面温度高，日照强，少云，大气稳定，气候干燥，沙漠较多，撒哈拉、澳大利亚、阿拉伯半岛、喀拉哈里、阿塔卡马等热带沙漠或信风沙漠，都分布在副热带高压带笼罩的范围内。只有在大陆东岸，因为有暖洋流经过，又迎着信风，气候才变得潮湿。大陆西岸则处于信风的背风位置，沿岸又有冷洋流经过，沙漠可直达海岸。亚洲东南部是世界上典型的季风气候地区，虽然也在副热带范围内，气候却十分潮湿。
副热带气候的一个显著特点是气温的年变化和日变化都十分剧烈。在纬度20°的平均年较差只有6.2℃，而在副热带一般可达15℃。日较差更大，可在20～30℃以上；夏季最高温度48～55℃以上，夜间比较凉爽。因为气候干燥，日照强烈，裸露地面的沙石炎热，可以烤熟鸡蛋。近地层空气受热，密度减小，而上层空气密度较大。受热程度不同的空间层于是产生折射，形成海市蜃楼，成为单调沙漠内的奇景。副热带雨量少，温度低，云量少，天气晴朗稳定，雨量分布极不均匀；季风气候地区可达1000毫米以上，沙漠地区一般不到50毫米。埃及撒哈拉沙漠曾记录到2%的低相对湿度。云量极少，成为世界上云量最少的地带，平均云量在2以下。在一般日子里。天空无云，天色蔚蓝，只在沙尘弥漫时才会变得阴暗。
温带气候带
温带气候带一般是指中纬度30～45℃之间的地区，气候受西风带和副热带高压季节变动的影响。夏季在副热带高压影响下，具有副热带气候特点；冬季在西风带控制下，又具有冷温带气候的特点。夏季炎热漫长，冬季温和。
温带气候的显著特点是四季分明，最冷月平均气温在5～10℃以上，最热月在25～30℃之间。年较差约为15～20℃，由海岸深入内陆，大陆性逐渐增强，年较差由小逐渐变大。大陆西部夏季晴朗，太阳辐射强烈，气候炎热，居民多以百叶窗防避光热；但因湿度小，并不觉得闷热。大陆东部夏季温度高，湿度大，风速微弱，云量多，终日都非常闷热。在冬季，大陆西部白天暖和；夜间则可出现霜冻，霜冻主要分布在洼地。大陆东部虽也温和，但是常有寒潮侵袭，气温猛降，更觉寒冷。
大陆西部年降水量约为300～900毫米，迎风坡可达1500毫米，降水量冬季多于夏季。冬季温度低时很潮湿，夏季温度高时却很干燥，很不利于发展农业，只好依靠灌溉。大陆东部年降水量在600～1500毫米之间，主要分布在夏季，夏季高温与多雨配合，对农作物生长十分有利。
冷温带气候带
冷温带气候带一般指中高纬度的地方，大体在纬度45°与极圈之间，终年在西风带控制之下。冬季寒冷而漫长，夏季温和且短促。
因为是在西风带影响下，大陆西部与大陆东部气候差别很大。大陆西部有暖洋流经过海岸，西风经暖洋面吹入大陆，气候具有海洋性，随着西风深入内部，长途跋涉，水汽沿途不断减少，气温逐渐降低，到大陆东部，气候的海洋性减弱，大陆性增强。
大陆西部夏季凉爽，7月平均温度15～20℃，日较差约为10℃。白天不觉炎热，夜间不觉寒冷。冬季比同纬度地区暖和，1月平均气温多在0～10℃之间，夜间潮湿多云，保温作用极强，所以并不觉得寒冷。温度年变化不大，一般在10～15℃以下。大陆东部7月平均气温22～28℃，夏季时间较长，无霜期达150～200天，是发展农业的好地方。冬季1月平均气温在-24～-3℃之间。
冷温带因为锋面气旋活动频繁，降水量较多，是地球上的第二个多雨带。大陆西部年降水量500～1000毫米，全年分配均匀，但冬季雨量稍多于夏季，冬季以降雪为主。大陆东部年降水量也在500～1000毫米之间，主要分配在夏季，多为对流雨，并未减少日照，所以大陆东部夏季高温，多雨，多日照，成为农业的理想气候。不过，在冷温带内陆，气候干燥寒冷，日光充足，降水稀少，与大陆西部和东部都不相同。
极地气候带
极地气候带分布于南、北极圈以内的极地区域。在两极点昼夜等长，都是半年，随着纬度降低，昼夜时间逐渐递减。但是在极圈以内，至少有一天，即夏至日昼长24小时；到冬至日则整日不见太阳，极点直到春分点太阳才冉冉升起。春分前辐射不断冷却，所以最低温度在春分前出现。当纬度降低时，最低温度出现时间提早。在夏季虽然白天时间特长，但因太阳光斜射，太阳辐射已大大减弱，达到地面的辐射又被冰雪表面强烈反射。地面实际吸收的辐射能量，大部分要用于融雪。
因此，极地气候的显著特点就是终年寒冷。夏季最热月气温在10℃以下。接近极点附近，夏季最热月气温低于0℃，仍然很寒冷。在靠近极圈附近，地表冰雪虽然能够在夏季融解成沼泽，下面的土层却仍然冻结，成为终年不化的永冻土。极地冬季温度更低，最冷月气温在-30～-40℃，如果遇上雪暴发生，风雪交加，更是奇冷异常。
极地地面温度低，又在极地高压的笼罩下，盛行下沉气流，降水稀少，大部分地区年降水量少于250毫米。到极点附近或大陆内部，降水量更在100毫米以下，降水全部是雪，并且大多是干燥坚硬的雪粒。在极圈附近，因为偶然有气旋侵入，降水量增多，可在300毫米以上。所以极地气候的另一特点是干燥少降水。
基本的气候型
在地球上，比气候带次一级的气候单位是气候型。气候型是由自然地理环境差异引起的，在地球上不呈带状分布。在一个气候带内，可以划分出几种气候型，同样的气候型也可以分布在不同的气候带内。例如，海洋性就有温带海洋性气候和热带海洋性气候。沙漠气候也分布在热带、副热带和温带。
气候型有很多种，大陆性气候和海洋性气候是两种最基本的气候型，其他气候型都可以从这两种类型演变而来。例如，海岸气候就是大陆性气候与海洋性气候的过渡型；季风气候则是大陆性气候与海洋性气候的混合型；沙漠气候是大陆性气候的极端情况；草原气候则是大陆性气候到沙漠气候的过渡情况；山地气候虽然成因和特点都比较特殊，但是它的特点也可以从大陆性气候和海洋性气候的类比中得到。
气候型的划分，通常是采用气温、降水量和其他要素的平均值及年变化特征作为指标。在资料缺乏的情况下，也使用自然地理资料，如洋流、地形地貌、土壤、水文和植被资料作参考。
大陆性气候
大陆性气候是地球上一种最基本的气候型。其总的特点是受大陆影响大，受海洋影响小。
在大陆性气候条件下，太阳辐射和地面辐射都很大。所以夏季温度很高，气压很低，非常炎热，且湿度较大。冬季受冷高压控制，温度很低，也很干燥。冬冷夏热，使气温年变化很大，在一天内也有很大的日变化，气温年、日较差都超过海洋性气候。春季气温高于秋季气温，全年最高、最低气温出现在夏至或冬至后不久。最热月为7月，最冷月为1月。
夏季太阳辐射强，地面加热迅速，气温急剧上升，对流上升运动增强，云量增多，常有积雨云，并伴随阵风和大风，使整个夏季雨水相对较多，湿度增大。冬季干燥，晴朗，地面辐射极强，多日照，少云量和降水。在大陆性气候条件下，降水量集中在夏季，主要是对流雨。降水量年与年之间有很大变化，常有洪涝或干旱发生。
海洋性气候
海洋性气候是地球上最基本的气候型。总的特点是受大陆影响小，受海洋影响大。
在海洋性气候条件下，气温的年、日变化都比较和缓，年较差和日较差都比大陆性气候小。春季气温低于秋季气温。全年最高、最低气温出现时间比大陆性气候的时间晚，最热在8月，最冷在2月。
在海洋性气候条件下，气候终年潮湿，年平均水量比大陆性气候多；而且季节分配比较均匀。降水量比较稳定，年与年之间变化不大。四季湿度都很大，多云雾，天气阴沉，难得晴天，少见阳光。
湿和、多云、湿润的海洋性气候，给人们以舒适的感觉。其实，这种气候对植物生长并不有利。19世纪末就有人发现，在欧洲，海洋性气候条件下生长的小麦，蛋白质含量少，至多只有4%～8%。随着深入大陆，到俄罗斯的欧洲部分，小麦的蛋白质含量增高达9%～12%。在比较干燥炎热的地区，小麦的蛋白质含量增高到18%，甚至在20%以上。原苏联科学家证明：一个地区的气候大陆性越强，小麦的蛋白质含量也就越高。在气候温凉潮湿的地方，小麦的淀粉含量增加，而蛋白质含量却降低。人们为了补充蛋白质的不足，只好借助于肉类，但是又带来脂肪过多的缺点。可见，在海洋性气候条件下生活，气候虽然温和，但也存在着不利于人类身体健康的因素。
季风气候
季风气候是大陆性气候与海洋性气候的混合型。夏季受来自海洋的暖温气流的影响，高温多雨，气候具有海洋性。冬季受来自大陆的干冷气流的影响，气候寒冷、干燥少雨，气候具有大陆性。
在季风气候条件下，夏季暖热，冬季寒令。因此，气温年较差比海洋性气候大。最冷月出现在1月，表现出大陆性气候特点；最热月出现在7～8月，秋季气温高于春季气温，又表现出海洋性气候特点。例如长沙，年较差24.6℃，最冷月1月平均温度4.7℃，最热月为7～8月。从月平均值来看，7月平均为29.3℃，8月平均为28.7℃，7月只比8月高0.6℃，实际上在1951～1980年的30年中，有1/3的年份是8月温度高于7月，况且从平均最高温度看，则以8月最热，为31.2℃。再以南京为例，年较差为26.0℃，1月最冷，平均为2.0℃，最热也在7～8月，7月平均为28.0℃，8月平均为27.8℃，从1951～1980年30年间，有14年是8月平均温度高于7月，平均最高温度也是8月最热，为30.5℃。
在季风气候条件下，夏季潮湿多雨，冬季干燥少雨。在季风气候条件下，降水量的多少，雨季的早晚，完全决定于季风进退的早晚和强弱。例如，长沙的雨季就比南京早一个月，到华北，雨季只在6～8月，甚至只有7～8月是雨季。雨季的长短与夏季风控制有关系。在季风气候条件下，雨量极不稳定，逐年变化很大。在长沙，多雨年比少雨年的雨量多两倍，南京则多3倍，北京则超过5倍。所以，在季风气候条件下，水、旱灾害频繁，是对人们生产和生活极不利的一面。
季风气候的高温与多雨时期基本一致，虽然不免有闷热难熬之苦，却对发展农业十分有利。因为在作物生长旺盛，最需要水分的时候能有充足的雨水供应。
沙漠气候
沙漠气候是大陆性气候的极端情况。在副热带、沙漠分布最广，基本原因就是少雨，植物难以生存，植物种类和数量极其稀少，以致地表裸露，空气十分干燥。在沙漠地区，白天太阳辐射强，地面加热迅速，气温可高达60～70℃，上升气流强，但因空气干燥，极少成云致雨，只有狂风沙尘；夜间地面冷却极强，甚至可以降到0℃以下。由此，气温日变化非常大，可以高达50℃以上。新疆塔克拉玛干沙漠虽属温带沙漠，但“早穿棉、午穿纱，抱着火炉吃西瓜”并不是耸人听闻的传说，而是现实的生活画面。
沙漠地区降水量奇缺，一般不到50毫米。若羌虽在沙漠边缘，年降雨量也只有17.4毫米，最少时的1957年只降雨3.9毫米。吐鲁番年降雨量也只有16.3毫米，1968年全年只有2.9毫米。在这样少雨的情况下，塔克拉玛干沙漠的边缘仍能利用天山和昆仑山融化的雪水，发展农业，种植水稻、小麦、玉米、棉花、葡萄等。加上夏季气温高，日照丰富，收成并不低，而且质量很好。
草原气候
草原气候也是一种大陆性气候，是森林到沙漠的过渡地带。气候呈干旱、半干旱状况，土壤水分仅能供草本植物及耐旱作物生长。湿带草原降水量在400毫米以下，多数地方是200～300毫米左右，主要集中在夏季，6～9月降水量占全年的70%～75%。气温冬冷夏热。我国温带草原夏季各月平均温度都在20℃以上，而冬季各月平均温度都在-5℃以下，年较差都在30℃以上。温带草原多豆科植物，是很好的放牧区。
热带草原主要分布在热带雨林气候的两侧。全年气温较高，最冷月在16～18℃以上，最热月出现在雨季到来之前，气温约26～28℃，有明显的干湿季。在湿季，气温高，湿度大，草木葱郁；一到干季，草木凋落，一片枯黄。靠近赤道气候带的一侧，湿季长，干季短。靠近热带沙漠的一侧，湿季短，干季长。年降水量750～1000毫米，主要集中在湿季。因为气湿高，蒸发大，雨水仅能供草本植物和短生乔木生长，所以也称为热带稀树草原。
地中海式气候
地中海式气候是出现在纬度30°～40°之间的大陆西岸的一种海洋性气候。以地中海沿岸最为明显，其他地区如北美洲的加利弗尼亚沿海、南美洲的智利中部、非洲南端的好望角地区，也都有类似的气候。
地中海式气候的特点是：冬季受西风带控制，锋面气旋活动频繁，气候温和，最冷月气温在4～10℃之间，降水量丰沛。夏季在副热带高压控制下，气流下沉，气候炎热，干燥少雨，云量稀少，阳光充足。全年降水量300～1000毫米，冬季半年约占60%～70%，夏季半年只有30%～40%，冬季降水量多于夏季。
夏季温度在沿海和内陆有较大区别，沿海受冷洋流影响，温度较低，最热月在22℃以下，空气比较潮湿，多雾，称为凉夏型。在内陆距海较远，海洋调节较小，空气干燥，暖热，最热月温度在22℃以上，称为暖夏型。
地中海式气候的特点，是高温时期少雨，低温时期多雨。这种不协调的配合，对植物十分不利。在生长季节，植物必须经过炎热干燥的锻炼，为了减少蒸发，自然植被多半是生长得短小的乔木和灌木等常绿硬叶林。
苔原气候
苔原气候是极地气候带的气候型之一。多分布在欧亚大陆和北美大陆北部。全年气候寒冷，最热月气温在0～10℃之间，全年都是冬季。年降水量都在250毫米以下，大部分降水是雪，部分冰雪夏季能短期溶解。相对温度大，蒸发量小，沿岸多雾。因为温度低，只有苔藓、地衣类植物可以生长。
冰原气候
冰原气候分布在南极大陆和格陵兰高原，是极地气候带的气候型之一。终年为冰雪覆盖，所以也叫冰漠气候、冰原气候或永冻气候。冰原气候区最热月气温也在0℃以下，降水量稀少，年降水量约100毫米左右，都是以雪的形式降落，风速常常在25米/秒以上，最大风速超过100米/秒，常吹拂冰雪成为雪暴。
大冰期与气候变化
地球形成为行星大约在55±5亿年前，从那时候开始直到46亿年前，地球上充满原始大气，并且逐渐逃逸。从46亿年前开始，地球进入到地质年代，逐渐产生次生大气，大约在30亿前，地球上出现生命，开始改造地球大气，到寒武纪，大气才被生物改造成现在这个样子。但是，对古生代以前的古气候，我们几乎是一无所知；到了古生代，古气候状况才逐渐清楚起来。
我们大体上知道，在地质时期反复经过几次大冰期，其中从古生代以来，就有3次大冰期。它们是：震旦纪大冰期、古炭一二迭纪大冰期、第四纪大冰期。大冰期之间是比较温暖的间冰期。
每两次冰期之间，大约是2～3亿年。为什么有这样长的周期呢？一种意见认为，可能与造山运动有关系。地质上的大造山运动，往往使地面起伏程度加大，全球变冷。因为山脉越高，引起大气的热机效率就越高，上升运动增强，云雨增多，反射率增大，地面接收的太阳辐射能量减少，地表变冷。
3次大冰期与地质时代3次强烈的造山运动相对应。震旦纪大冰期产生在元古代末地壳运动以后，石炭纪至二迭纪大冰期与海西运动相对应，第四纪大冰期与喜马拉雅运动对应。这不是偶然的，现在喜马拉雅山还在升高，造山运动并未停止，所以第四纪大冰期还远未结束。现在喜马拉雅运动还不到7000万年，第四纪大冰期还只有200多万年。所以这次大冰期还会延续下去，至少还要持续1～2万年。
另一种意见认为，地质历史上的大冰期和大间冰期，是由于地球的黄道倾斜的大波动造成的。这种观点认为，黄道倾斜的范围是在0°～54°之间，黄道倾斜大的时期代表着冰川流行的时期，在三次大冰期期间，黄道倾斜曾有过10°～23.5°的变化。
那么，造山运动为什么也有2～3亿年的周期呢？地球黄道倾斜为什么也有2～3亿年的波动呢？澳大利亚人威廉斯认为，这种气候变迁与地球在银河系的位置有关系。因为地球不停地绕太阳公转。整个太阳系也绕着银河系中心公转。这样转一圈的时间约2.5亿年，太阳系又回到原来的位置。
第四纪冰期的气候变化
我们说现代正处在第四纪大冰期中，其实，第四纪大冰期中的气候也有很大的变化，曾经出现过几次亚冰期和亚间冰期。变化的时间短则几千年，长则几万年或十几万年。
在20世纪初，地质学家根据阿尔卑斯山区的资料，确定那里存在4次亚冰期的规律。这就是群智亚冰期、民德亚冰期、里斯亚冰期和武木亚冰期。在这些亚冰期这间是亚间冰期。以后在北欧、北美、亚洲等地也纷纷找到了对应的亚冰期。在我国对应的亚冰期是：鄱阳亚冰期、大姑亚冰期、庐山亚冰期和大理亚冰期。
在第四纪的冰期中，仍然有寒冷和温暖更替。在寒冷时期，雪线高度下降，冰川前进，出现亚冰期，以民德（我国为大姑）亚冰期和里斯（庐山）亚冰期的冰川规模最大，群智亚冰期规模最小。在温暖时期，气温升高，雪线高度上升，冰川退缩，出现亚间冰期。民德—里斯（大姑—庐山）亚间冰期长达17～18万年。在第四纪大冰期，高纬度气温的急剧下降，导致两极地区形成永久冰盖；在亚冰期，冰川一直伸展到中纬度，在亚间冰期才退缩到高纬度。
根据科学研究发现，从亚间冰期向亚冰期过渡时，气候常呈渐变形式，其中没有清楚的界线。从亚冰期向亚间冰期过渡时，气候常呈突变形式，两者之间有明确的分界线。科学家们称之为终止线。在距今1.1万年前后出现了一条终止线，标志着最近一次亚冰期结束了，随之而来的是一次新的亚间冰期，气候由冷变暖。
在第四纪大冰期中，为什么会有亚冰期和亚间冰期的更替呢？按照南斯拉夫气候学家米兰柯维奇在20世纪30年代提出的理论，是由于地球轨道三要素的自然小波动造成的。地球轨道三要素是指：地球轨道的偏心率、地轴的倾斜度和春分点的位置。
