هواشناسی علم مطالعه ی جو است. جو لایه ای است حاوی گازهای اطراف زمین که کنش و بر هم کنش هایی با مقیاس های زمانی و مکانی متفاوت در آن صورت می گیرد. حاصل این کنش و بر هم کنش ها هوایی است که توسط ما در سطح زمین مشاهده می شود.

اقلیم شناسی، بررسی عمومی تر در حیطه ی علم هواشناسی است که به تجربه و تحلیل اتفاقات در مدت یک روز، یک سال و یا بیش تر در نقطه ی معینی می پردازد.

جو را متشکل از یک سری لایه های جداگانه می توان در نظر گرفت که با چگونگی تغییرات دمای هوا در ارتفاعات مختلف از یکدیگر جدا می شوند. برای یک جو استاندارد، این لایه ها تقریبا به ترتیب زیر از یکدیگر تفکیک می شوند.

وردسپهر:

لایه ایست بسیار متغیر که به طور متوسط ارتفاع آن از حدود 8 کیلومتر در قطب تا 16 کیلومتر در استوا تغییر می کند. این تغییرات تابعی از زمان و مکان می باشد.

وردایست:

مرز بین وردسپهر و پوش سپهر است که شیب تغییرات دما در آن تغییر جهت می دهد.

پوش سپهر:

از مرز وردایست تا ارتفاع 47 کیلومتر پوش سپهر است.

پوش ایست:

از انتهای پوش سپهر تا ارتفاع 52 کیلومتر پوش ایست است.

میان سپهر:

از 52 کیلومتر تا 83 کیلومتر میان سپهر است.

میان ایست:

تا ارتفاع 93 کیلومتری از سطح زمین میان ایست است.

گرم سپهر:

از ارتفاع 93 کیلومتری به بالا گرم سپهر است.

لازم به توضیح است که لایه های فوق از نظر ضخامت و تغییرات دما تا حدودی به عرض جغرافیایی محل بستگی دارد و شکل به طور تقریبی ترسیم شده است.

لایه دیگری که در تعریف های فوق بیان نشده و از نظر مخابرات دارای اهمیت است لایه یون سپهر نام داشته و در ارتفاع بین 80 تا 400 کیلومتری قرار می گیرد. در این لایه اتم های نیتروژن و اکسیژن با جذب طول موج های کوتاه اشعه ی خورشیدی یونیزه می شوند، در نتیجه ضخامت این لایه در طول روز بیش تر از ضخامت آن در طول تاریکی است.

از نظر الکتریکی یون سپهر اثر چندانی در تغییرات هوا ندارد و تنها تاثیری که ممکن است در زندگی روزمره ی ما داشته باشد اثر آن روی دریافت امواج رادیویی می باشد. برای توضیح بیش تر این موضع استفاده از رادیو را در روز و شب مثال می زنیم: بدین ترتیب که ایستگاهی را که در شب به راحتی و وضوح دریافت می کنید در طول روز قادر به دریافت علایم آن ایستگاه نخواهید بود.

علت این امر در لایه ی F یون سپهر می باشد، بدین ترتیب که این لایه که در طول شب و روز وجود دارد مسئول بازتاب امواج AM رادیو می باشد. از طرف دیگر این امواج توسط لایه ی D که فقط در طول روز وجود دارد جذب می شوند؛ در نتیجه این امواج تنها در طول شب قادر به رسیدن به لایه ی F و بازتاب روی آن هستند.

قسمت اعظم ضخامت جو در اطراف زمین از مخلوط گازهای دائمی تشکیل شده است که هوای خشک نامیده می شوند. مواد دیگری نیز در جو وجود دارند که مقدار آن ها متغیر است.

این مواد شامل بخار آب، مواد آلی و معدنی از قبیل گرد و غبار، دود و سایر آلوده کننده هایند. هوای خشک خالص که کاملا شفاف و بدون بو است از 87 درصد نیتروژن، 21درصد اکسیژن، 1 درصد آرگون، 0/03 درصد دری اکسیدکربن و مقادیری از گازهای دیگری هم چون هیدروژن، ازن، نئون و غیره تشکیل شده است.

از این گازهای دائمی جو، دی اکسیدکربن به علت جذب برخی از تشعشعات ساطع شده از زمین و تابش مجدد آن ها به طرف زمین از اهمیت اقلیمی خاصی برخوردار است.

این گاز به طور پیوسته توسط سبزینه ها تنفس و توسط جانوران تولید می شود. با سوختن برخی از مواد فسیلی، فعالیت آتشفشان ها و استهلاک خاک نیز مقادیر زیادی از این گاز تولید می شود.

بخار آب نیز که شفاف و بی بو است حجم بسیار متغیری را در جو به خود اختصاص می دهد. این حجم در نواحی مرتفع تقریبا صفر و در سرد جو تا حدود 3 تا 4 درصد حجم کل هوا در نزدیک سطح و در نواحی گرم و مرطوب تغییر می کند.

از آن جا که بخار آب از طریق تبخیر آب در سطوح خشکی و دریا به آسمان می رود؛ به ناچار در نواحی کم ارتفاع سطح زمین تجمع می یابد.

اهمیت بخار آب بیشتر از آن چیزی است که درصد حضور آن نشان می دهد، زیرا نه تنها باعث ایجاد ابر و بارندگی می شود بلکه مقدار زیادی از اشعه ی خورشید و اشعه ی ساطع شده از سطح زمین را جذب و یا پراشیده می کند؛ علاوه بر این مقدار زیادی گرما که جهت تبخیر مورد استفاده قرار گرفته است، در زمان میعان دوباره در جو آزاد می شود. بنابراین می توان از بخار آب به عنوان عامل اصلی انتقال انرژی در جو نام برد.

جو از طریق برخی از خواص شیمیایی و فیزیکی گازهای تشکیل دهنده خود می تواند انرژی خورشیدی تابش شده به سمت زمین را نیز کنترل کند برای مثال گاز ازن که بیش ترین غلظت را در فاصله ی 20 تا 35 کیلومتری از سطح زمین دارد به عنوان یک سپر محافظ در مقابل اشعه ی کشنده فوق بنفش خورشید عمل می کند.

برخی از ناخالصی های موجود در جو نقش بسیار مهم در تشکیل ابر و ایجاد بارندگی ایفا می کنند. این ذرات ناخالصی در هوا باعث می شوند که ذرات آب در روی آن ها به مایع تبدیل شده و عاملی برای ایجاد این فرآیند باشند.