در مناطق نزدیک خط استوا غالباَ آب و هوا در طول سال گرم و مرطوب است . در جاهایی که باد دریایی به دامنه کوهها می وزد ، بارش باران می تواند بی نهایت باشد . در ناحیه توتونند و واقع در دامنه کلمبیایی کوههای آند ، در طول سال بیش از 5/11 متر (38 پا) باران می بارد و همین مسئله این منطقه را جزو مرطوبترین مناطق دنیا کرده است . بعضی از نقاط استوایی دارای دو فصل مجزای مرطوب و خشک هستند . این مناطق عبارتند از : آمریکای جنوبی و غرب و شرق آفریقا.

آب و هوای نیمه استوایی

در نواحی نیمه استوایی خورشید غالبا" در طول تابستان،مستقیما" بالای سر قرار دارد و در زمستان دمای هوا به ندرت به زیر صفر می رسد. بعضی از مناطق در طول سال دارای هوای گرم و خشک بوده و مقدار کمی باران دارد. بیشتر کویرهای اصلی جهان در این نواحی قرار دارند و جزو گرمترین نقاط روی زمین هستند. در نواحی دیگر مناطق نیمه استوایی در طول سال ریزش باران وجود دارد و همین امر باعث ایجاد یک پوشش گیاهی انبوه در این نواحی می گردد.

بوته زارهای استرالیا در تمام طول سال گرم هستند گرچه در تابستان (بین ماههای آبان تا فروردین) گرمترند و در زمستان (بین ماههای اردیبهشت تا مهر) معتدل ترند . دمای متوسط به هنگام روز 36 درجه سانتیگراد (97 درجه فارنهایت) در وسط تابستان و 19 درجه سانتیگراد (67 درجه فارنهایت) در وسط زمستان است . شبها بسیار سردترند . معمولاَ در تابستان سالانه حدود 25 سانتیمتر (10 اینچ) باران می بارد.

قطبها توسط هوای سرد و نسبتا" خشکی پوشیده شده اند. در نزدیکی قطبها، میزان بارش برف سنگین کم است، اما برفهایی که روی زمینهای یخ زده جمع می شوند، تشکیل یخچالهای بزرگی به نام کوه یخی می دهند. در طول تابستان تمام 24 ساعت شبانه روز آفتاب می تابد و در طول زمستان تاریکی مطلق و همیشگی بر این نواحی حکمفرما است. هوای زمستانی قطب جنوب ممکن است تا 85 درجه سانتیگراد(121 درجه فارنهایت) زیر صفرسرد شود که این ناحیه را سردترین نقطه روی زمین می کند. زمینهای سنگلاخی در اطراف قطب شمال در طول 9 ماه از سال یخ زده هستند

جنلگهای بارانی آمازون در تمام فصول سال دارای هوایی گرم با رطوبتی بسیار زیاد می باشند . متوسط درجه حرارت ، در مرکز آمازون ، در حدود 30 درجه سانتیگراد (86 درجه فارنهایت) غربی ترین بخش این منطقه ، در حدود 25 درجه سانتیگراد (76 درجه فارنهایت) می باشد . تقریباَ هر روزه باران سنگینی در سرتاسر آمازون می بارد.

جنگلهای برگریز بریتانیا در آب و هوای معتدل و مرطوب رشد می کنند و درختان آنها تاثیرات متفاوتی بر میزان نوری که به زمین می رسد دارند . در مقایسه ، جنگلهای کاج اغلب در نواحی سرد رشد می کنند و برگهای همیشه سبزشان سایه ای سالانه به روی زمین جنگل می گسترانند.

ناحیه آفریقایی ساوانا در طول سال گرم می باشد و معمولاَ در بین مهر و اسفند گرمتر می شود . این دوران ، در فصل مرطوب منطقه است و در طول آن 61 تا 70 سانتیمتر (24 تا28 اینچ) باران می بارد . در طول فصل خشک ، از فروردین تا شهریور ،مقدار خیلی کمی باران می بارد و کمبود آب پیدا می شود و پوشش گیاهی از بین می رود .

دمای آب دریا بیش از 35 درجه سانتیگراد (95 درجه فارنهایت) در نواحی استوایی تا حدود 1- درجه سانتیگراد (30 درجه فارنهایت) در آبهای قطبی متفاوت است . در اقیانوس اطلس شمالی ، درجه حرارت آب بوسیله جریان اطلس شمالی که آبهای گرم را از مناطق استوایی به سمت شمال حمل می کند ، همیشه بالا می ماند.

مرجانهاییکه صخره های مرجانی را تشکیل می دهند تنها در شرایط خاصی پرورش می یابند . آنها در آب گرم ، شور وتمیز زندگی می کنند . رشته صخره های عظیم آبی در طول سال با درجه حرارتی بیش از 21 درجه سانتیگراد (70 درجه فارنهایت) گرم باقی می مانند . مرجانها همچنین تنها در آبهای کم عمقی که نور خورشید بتواند به آنها برسد زندگی می کنند.

آب و هوای دریاچه آب شیرین ، از عوامل مختلفی تاثیر می پذیرد. مهمترین عامل ، موقعیت جغرافیایی دریاچه و عمق آن می باشد . در آمریکای شمالی ، زمستانها معمولاَ سخت و سرد است و بیشتر رودخانه ها یخ می زنند که این یخ زدن چندین ماه طول می کشد.

کویرهای آمریکایی شمالی ، کویرهای آمریکای شمالی در تابستان گرم هستند ، اما در طول زمستان سرد هستند . در مناطق جنوبی دمای تابستان می تواند تا 35 درجه سانتیگراد(95 درجه فارنهایت) افزایش پیدا کند ، اما در مناطق جنوبی تر در طول زمستان گاهی برف می بارد . در بیشتر اوقات سال ، مقدار کمی باران می بارد ، اما در اواخر تابستان ، طوفانهای ناگهانی و سیلابهای غافلگیر کننده رخ می دهد.

در ناحیه راکی آب و هوا به شدت تغییر می کندو این ارتفاع بستگی دارد ، همچنین موقعیت جغرافیایی و زمان روز در آن موثر است . دره های کم ارتفاع ، گرم و معتدل می باشند ، در حالیکه قله کوهها خنک است . در دامنه غربی این کوهها ، باران بیشتری می بارد . میانگین بارش سالانه در طول مرز بین آمریکا و کانادا 3/2 متر (7پا و 6 اینچ) می باشد.

در طول تابستان کوتاه شمالی ، نواحی سنگلاخی کانادا خیلی سریع در 24 ساعت روشنی روز گرم می شود . در این عرضهای جغرافیایی ، هوای سرد تقریباَ هیچ رطوبتی را دارا نمی باشد . بدلیل اینکه هوا بسیار خشک می باشد ، سرزمینهای سنگلاخی قطب بعضی مواقع به صحراهای سرد توصیف می شوند.

یونانیان واژه متیورولوگیا را ، برگرفته از کلمه «متیوروس» ، به معنی اشیای معلق در آزمایش‌های مربوط به هوا ، به اضافه «لوگوس» که به خطابه یا درس ترجمه شده است، برای این علم به کار برده‌اند؛ لیکن ، امروزه مطالعه جو زمین چنان به رشته‌های تخصصی تقسیم شده است که واژه فراگیر متئورولوژی (هواشناسی) که از یونانیان باستان برحای مانده است، هیچ کس را ارضا نمی‌کند.

از این رو ، برای مطالعه بخشی از جرکه در آن یونش و گسست مهم است و روی هم رفته بالاتر از ارتفاع حدود 35Km قرار دارد، واژه آیرونومی (نزدیک جو بالا) را به کار می‌بریم، در حالی که برخی ، به عنوان نامی فراگیر ، علم (یا علوم) جو را می‌پسندند.

هواشناسی شاخه‌ای تخصصی از فیزیک پیشرفته است که از ابزارهای ریاضی پیچیده‌ای بهره می‌گیرد، و بر همه علوم فیزیک تکیه‌ای استوار دارد. هواشناسی بیش از همه با نظریه تابش الکترومغناطیسی ، ترمودینامیک ، مکانیک کلاسیک ، فیزیک شاره‌ها ، شیمی فیزیک و نظریه لایه مرزی سروکار دارد.

اگر جو زیرین نیز در آن گنجانده شود، فیزیک خورشید ، طیف شناسی ، فیزیک پلاسما ، یونش ، فیزیک ذرات بنیادی ، پدیده‌های اشعه ایکس ، نور شناخت ، فیزیک پرتوی کیهانی ، پدیده های برانگیزش ، الکترودینامیک ، مگنتوهیدرودینامیک ، انتشار رادیویی و سایر فرآیندهای مربوطه را نیز باید فرا بگیریم.

اولین بار ادموند هالی به سال 1688 اسنادی را در زمینه پدیده‌های جوی و نقشه‌های مربوطه به بادهای متواتر در سطح اقیانوس‌ها ، برای بخشی از سطح زمین منتشر می‌کند و در سال 1840 هوری نقشه بادهای اقیانوس‌ها را ترسیم و توان و جهت وزش آنها را مشخص می‌سازد و بدین ترتیب در رفع نیاز دریانوردی گامی برداشته می‌شود.

در اواخر قرن نوزدهم مطالعات جو شناسی در سطح زمین بویژه در زمینه اندازه گیری بارانها توسعه پیدا می کند و از سال 1916 مطالعه پدیده‌های جوی در زمینه پیش‌بینی هوا شکل می‌یابد و این بررسی ها بر مبنای ویژگیهای سیستماتیک صورت می‌گیرد.

در سالهای بعد ، توسعه هوانوردی پیش بینی‌های دقیق تری را در وسعت گسترده‌ای ایجاب می‌کند و آگاهی هوانوردان از حالات احتمالی آزمایش‌های مربوط به هوا در ناحیه معین و برای یک لحظه از زمان الزامی می‌نماید و به منظور رفع همین نیاز هست که در پاره‌ای از نقاط دنیا سازمانهای هواشناسی به وجود می‌آید.

به تدریج به موازات توسعه شناساییهای علمی ، برای بهره گیری منطقی از منابع اقتصادی زمین به آگاهی‌های بیشتری از پدیده‌های جوی احساس نیز می‌شود، به گونه‌ای که برای شناخت قدرت هیدرولیکی ناهمواریها و "نفت سفید" کوهستانها به عنوان منبع زایش آبها ، تعیین حجم متوسط آب رودخانه‌ها در رابطه با نوسان میزان بارندگی سالانه حوضه‌ها مورد توجه قرار می‌گیرد.

همچنین پیشرفت علم کشاورزی به منظور کاشت و برداشت محصولات کشاورزی مهندسین زراعی را به کسب اطلاعاتی در زمینه آب و هواشناسی وا‌می‌دارد و همین نیاز به عنوان انگیزه دیگری در پیشرفت تحقیقات کلیماتولوژی موثر می‌افتد.

آب و هواشناسی و سیر تحولی آن

با واژه اتمسفر کم و بیش همه آشنا هستیم. علوم اتمسفری در دو شاخه هواشناسی و آب و هوا شناسی به مطالعه ویژگیهای آن می‌پردازد. که این دو در مقیاس زمانی باهم فرق می‌کنند. هواشناسی شرایط جوی را در زمان معین و بطور عام با استفاده از اصول و قوانین و مدلهای ریاضی و فیزیکی و دینامیکی در کوتاه مدت بررسی ، پیش بینی می‌کند و به مطالعه تغییرات اتمسفر می‌پردازد. آب و هواشناسی هوای غالب در دراز مدت (اقلیم) را با توجه به ویژگیها و اصول و مفاهیم جغرافیایی ، عوامل بوجود آورنده و تأثیرات آن بر زندگی انسانی ، تفاوتهای آب و هوایی مکانها مورد بررسی قرار می‌دهد.

آب و هواشناسی در آثار فیلسوفان یونان باستان با تعبیرهای آب و هوای سه گانه گرم ، معتدل و سرد دیده می‌شود. اولین کتاب در حدود چهار قرن پیش از میلاد مسیح به نام هواها ، آبها ، مکانها توسط هیپوکرات نوشته شد. در قرن دوم بعد از میلاد بطلمیوس بر اساس تفاوت حرارت سرزمینهای شناخته شده را به هفت اقلیم تقسیم بندی کرد.