วิทยาศาสตร์บรรยากาศคือการศึกษาชั้นบรรยากาศของโลกและกระบวนการทางกายภาพภายในต่างๆอุตุนิยมวิทยารวมถึงเคมีบรรยากาศและฟิสิกส์บรรยากาศ โดยเน้นที่ การพยากรณ์อากาศเป็นหลัก ภูมิ อากาศวิทยาคือการศึกษาสภาพบรรยากาศในช่วงเวลาที่ยาวนานกว่าช่วงเวลาของสภาพอากาศโดยเน้นที่สภาพภูมิอากาศเฉลี่ยและความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศเมื่อเวลาผ่านไปอากาศวิทยาคือการศึกษาชั้นบนของชั้นบรรยากาศ ซึ่งการแตกตัวและการแตกตัวเป็นไอออนมีความสำคัญ วิทยาศาสตร์บรรยากาศได้ขยายขอบเขตไปสู่สาขาวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ และการ ศึกษา ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์และดาวบริวารของระบบสุริยะ

เครื่องมือทดลองที่ใช้ในวิทยาศาสตร์บรรยากาศ ได้แก่ดาวเทียม จรวดส่งบอลลูนตรวจอากาศวิทยุส่งบอลลูนตรวจอากาศเรดาร์และเลเซอร์

คำว่าaerology (มาจากภาษากรีก ἀήρ, aēr , " อากาศ "; และ -λογία, -logia ) บางครั้งใช้เป็นคำอื่นสำหรับการศึกษาบรรยากาศของโลก^{[ 1 ]}ในคำจำกัดความอื่นๆ aerology จะจำกัดเฉพาะบรรยากาศอิสระซึ่งเป็นบริเวณเหนือชั้นขอบเขตของดาวเคราะห์^{[ 2 ]}

ผู้บุกเบิกยุคแรกในสาขานี้ ได้แก่Léon Teisserenc de BortและRichard Assmann ^{[ 3 ]}

เคมีบรรยากาศเป็นสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์บรรยากาศที่ศึกษาเคมีของบรรยากาศโลกและบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ เป็นสาขาการวิจัยแบบสหวิทยาการที่ดึงเอาความรู้จากเคมีสิ่งแวดล้อม ฟิสิกส์ อุตุนิยมวิทยา การสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ สมุทรศาสตร์ ธรณีวิทยา ภูเขาไฟวิทยา และสาขาวิชาอื่น ๆ มาใช้ การวิจัยในสาขานี้มีความเชื่อมโยงกับสาขาอื่น ๆ มากขึ้นเรื่อย ๆ เช่น ภูมิอากาศวิทยา

องค์ประกอบและเคมีของชั้นบรรยากาศมีความสำคัญด้วยหลายเหตุผล แต่ที่สำคัญที่สุดคือปฏิสัมพันธ์ระหว่างชั้นบรรยากาศกับสิ่งมีชีวิต องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศโลกเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากกิจกรรมของมนุษย์ และการเปลี่ยนแปลงบางอย่างเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ พืชผล และระบบนิเวศ ตัวอย่างของปัญหาที่ได้รับการศึกษาโดยเคมีชั้นบรรยากาศ ได้แก่ ฝนกรด หมอกควันจากปฏิกิริยาเคมีแสง และภาวะโลกร้อน เคมีชั้นบรรยากาศพยายามทำความเข้าใจสาเหตุของปัญหาเหล่านี้ และด้วยความเข้าใจเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับปัญหาเหล่านั้น จะช่วยให้สามารถทดสอบแนวทางแก้ไขที่เป็นไปได้ และประเมินผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงนโยบายของรัฐบาลได้

เคมีบรรยากาศมีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจความเข้มข้นของก๊าซในชั้นบรรยากาศของเราที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อรวมกับฟิสิกส์บรรยากาศและชีวธรณี _เคมีจะมีประโยชน์ในการศึกษาอิทธิพลของก๊าซเรือนกระจก_เช่น CO2 , N2O และ CH4 ต่อสมดุลการแผ่รังสีของโลก^{[ 4} _]ตามข้อมูลของ UNEP การ ปล่อย CO2 เพิ่มขึ้นสู่ ^{ระดับ}สูงสุดเป็นประวัติการณ์ที่ 57.1 GtCO2e _{เพิ่ม ขึ้น 1.3% จากปีที่แล้ว การเติบโตของการปล่อย ก๊าซ}เรือนกระจกก่อนหน้านี้ตั้งแต่ปี 2010-2019 เฉลี่ยเพียง +0.8% ต่อปี ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นอย่างมากของการปล่อยก๊าซทั่วโลก รายงานงบประมาณไนตรัสออกไซด์ทั่วโลกระบุว่าปริมาณ N2O ในชั้นบรรยากาศ_{เพิ่ม}ขึ้นประมาณ 25% ระหว่างปี 1750 ถึง 2022 โดยมีอัตราการเติบโตรายปีที่เร็วที่สุดในปี 2020 และ 2021 ^{[ 5 ]} เคมีในชั้นบรรยากาศมีความสำคัญ อย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจปัจจัยที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของเรา ภาวะโลกร้อนเกิดขึ้นเมื่อ_การ ปล่อย CO2ซึ่งถูกจำกัดโดยชีวธรณีเคมี สูงกว่า 0% เพื่อหยุดยั้งอุณหภูมิไม่ให้สูงขึ้น จะต้องไม่มี การปล่อย CO2การทำความเข้าใจองค์ประกอบทางเคมีและอัตราการปล่อยในชั้นบรรยากาศควบคู่ไปกับปัจจัยทางเศรษฐกิจ ทำให้นักวิจัยสามารถติดตามการปล่อยกลับไปยังแหล่งที่มา_ได้ประมาณ 26% ของ GtCO2e ในปี 2023 _ถูกใช้เพื่อผลิตไฟฟ้า 15% สำหรับการขนส่ง 11% ในอุตสาหกรรม 11% ในการเกษตร เป็นต้น^{[ 6 ]}เพื่อที่จะพลิกกลับความเสียหายที่เกิดจากมนุษย์ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกได้สำเร็จ จำเป็นต้องลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเกือบ 42% ภายในปี 2030 และจะต้องดำเนินการโดยใช้การแทรกแซงของรัฐบาล นี่เป็นตัวอย่างหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่าเคมีในชั้นบรรยากาศมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับนโยบายทางสังคมและการเมือง ชีวธรณีเคมี และปัจจัยทางเศรษฐกิจ

พลศาสตร์บรรยากาศคือการศึกษาระบบการเคลื่อนที่ที่มีความสำคัญทางอุตุนิยมวิทยา โดยบูรณาการการสังเกตการณ์ในหลายตำแหน่งและหลายช่วงเวลา รวมถึงทฤษฎีต่างๆ หัวข้อที่ศึกษาโดยทั่วไปได้แก่ปรากฏการณ์ที่หลากหลาย เช่นพายุฝนฟ้าคะนองพายุทอร์นาโดคลื่นแรงโน้มถ่วงพายุหมุนเขต ร้อน พายุ หมุนนอกเขตร้อน กระแสลม กรดและการหมุนเวียนในระดับโลก เป้าหมายของการศึกษาพลศาสตร์คือการอธิบายการหมุนเวียนที่สังเกตได้บนพื้นฐานของหลักการพื้นฐานจากฟิสิกส์วัตถุประสงค์ของการศึกษาดังกล่าวรวมถึงการปรับปรุงการพยากรณ์อากาศการพัฒนาวิธีการทำนายความผันผวนของสภาพภูมิอากาศตามฤดูกาลและระหว่างปี และการทำความเข้าใจผลกระทบของการรบกวนที่เกิดจากมนุษย์ (เช่น ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นหรือการลดลงของชั้นโอโซน) ต่อสภาพภูมิอากาศโลก^{[ 7 ]}

ฟิสิกส์บรรยากาศคือการประยุกต์ใช้ฟิสิกส์ในการศึกษาบรรยากาศ นักฟิสิกส์บรรยากาศพยายามสร้างแบบจำลองบรรยากาศของโลกและบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ โดยใช้สมการการไหลของของเหลว แบบจำลองทางเคมี สมดุลการแผ่รังสี และกระบวนการถ่ายโอนพลังงานในบรรยากาศและมหาสมุทรและพื้นดินเบื้องล่าง เพื่อสร้างแบบจำลองระบบสภาพอากาศ นักฟิสิกส์บรรยากาศใช้ทฤษฎีการกระเจิง แบบจำลองการแพร่กระจายคลื่นฟิสิกส์ของเมฆกลศาสตร์เชิงสถิติและสถิติเชิงพื้นที่ซึ่งแต่ละอย่างล้วนเกี่ยวข้องกับคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ในระดับสูง ฟิสิกส์บรรยากาศมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับอุตุนิยมวิทยาและภูมิอากาศวิทยา และยังครอบคลุมถึงการออกแบบและการสร้างเครื่องมือสำหรับการศึกษาบรรยากาศและการตีความข้อมูลที่ได้ รวมถึงเครื่องมือ ตรวจวัดระยะไกล ด้วย

ในสหราชอาณาจักร หน่วยงานด้านอุตุนิยมวิทยาเป็นผู้ดูแลการศึกษาด้านบรรยากาศ ส่วนหน่วยงานในสังกัดองค์การบริหารมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติของ สหรัฐอเมริกา (NOAA) ดูแลโครงการวิจัยและแบบจำลองสภาพอากาศที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์บรรยากาศ นอกจากนี้ ศูนย์ดาราศาสตร์และไอโอโนสเฟียร์แห่งชาติของสหรัฐอเมริกายังทำการศึกษาเกี่ยวกับชั้นบรรยากาศระดับสูงด้วย

สนามแม่เหล็กโลกและลมสุริยะมีปฏิสัมพันธ์กับชั้นบรรยากาศ ก่อให้เกิด ชั้น ไอโอโนสเฟียร์แถบรังสีแวนอัลเลนกระแสไฟฟ้าใต้ดินและพลังงานรังสี

การศึกษาฟิสิกส์บรรยากาศในปัจจุบันมักอาศัยการสังเกตการณ์จากดาวเทียม ตัวอย่างหนึ่งคือCALIPSOหรือ Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation ภารกิจ CALIPSO ซึ่งออกแบบโดย NASA และ Centre National d'Etudes Spatiales/CNES ศึกษาว่าเมฆและอนุภาคในอากาศมีบทบาทอย่างไรในการควบคุมสภาพอากาศ ภูมิอากาศ และคุณภาพของชั้นบรรยากาศของโลก ตามที่ NASA ระบุ ภารกิจนี้ใช้วิธีการต่างๆ เช่น การพัฒนาอัลกอริทึมการดึงข้อมูล การพัฒนาภูมิอากาศวิทยา สเปกโทรสโกปี การประเมินแบบจำลองสภาพอากาศและภูมิอากาศ และแบบจำลองการถ่ายเทรังสีของเมฆ นอกเหนือจากแนวคิดฟิสิกส์บรรยากาศ เพื่อทำความเข้าใจฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมชั้นบรรยากาศของโลก^{[ 8 ]}

ภูมิอากาศวิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ที่ได้ความรู้และวิธีการปฏิบัติจากสาขาวิชาเฉพาะทางอื่นๆ เช่น อุตุนิยมวิทยา สมุทรศาสตร์ ธรณีวิทยา ชีววิทยา และดาราศาสตร์ เพื่อศึกษาภูมิอากาศ แตกต่างจากอุตุนิยมวิทยา ที่ศึกษาปรากฏการณ์ สภาพอากาศระยะสั้นซึ่งกินเวลาไม่กี่สัปดาห์ ภูมิอากาศวิทยาศึกษาความถี่และแนวโน้มของระบบเหล่านั้น โดยศึกษาความถี่ของการเกิดปรากฏการณ์สภาพอากาศในช่วงเวลาตั้งแต่หลายปีจนถึงหลายพันปี รวมถึงการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบสภาพอากาศเฉลี่ยในระยะยาวนักภูมิอากาศวิทยาคือผู้ที่ปฏิบัติงานด้านภูมิอากาศวิทยา ศึกษาทั้งธรรมชาติของภูมิอากาศ – ไม่ว่าจะเป็นระดับท้องถิ่น ระดับภูมิภาค หรือระดับโลก – และปัจจัยทางธรรมชาติหรือที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งเป็นสาเหตุของความแปรปรวนของภูมิอากาศ และ ภาวะโลกร้อนในปัจจุบันนอกจากนี้ การเกิดภูมิอากาศในอดีตบนโลก เช่น ภูมิอากาศที่เกิดขึ้นในช่วงยุคน้ำแข็งและยุคระหว่างน้ำแข็ง สามารถนำมาใช้ในการทำนายการเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศในอนาคตได้

บ่อยครั้งที่มีการศึกษาภูมิอากาศวิทยาควบคู่ไปกับสาขาวิชาเฉพาะทางอื่น งานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ล่าสุดที่ใช้หัวข้อในภูมิอากาศวิทยา สมุทรศาสตร์ และแม้กระทั่งเศรษฐศาสตร์ มีชื่อว่า "ความกังวลเกี่ยวกับปรากฏการณ์เอลนีโญ-ความผันผวนทางใต้และการไหลเวียนของน้ำในมหาสมุทรแอตแลนติกตอนเหนือกับมหาสมุทรที่อุ่นขึ้นเรื่อยๆ" ^{[ 9 ]}นักวิทยาศาสตร์ภายใต้โครงการ New Insights in Climate Science พบว่าโลกมีความเสี่ยงต่อปรากฏการณ์เอลนีโญที่มีความรุนแรงมากขึ้นและความไม่เสถียรของสภาพภูมิอากาศโดยรวม เนื่องจากมีข้อมูลใหม่เกี่ยวกับปรากฏการณ์เอลนีโญ-ความผันผวนทางใต้ (ENSO) และการไหลเวียนของน้ำในมหาสมุทรแอตแลนติกตอนเหนือ (AMOC) ENSO อธิบายถึงรูปแบบสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ซึ่งอุณหภูมิของน้ำในมหาสมุทรแปซิฟิกเขตร้อนตอนกลางและตะวันออกเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ^{[ 10 ]} NOAA อธิบาย AMOC ได้ดีที่สุดว่าเป็น "ระบบกระแสน้ำในมหาสมุทรที่หมุนเวียนน้ำภายในมหาสมุทรแอตแลนติก นำน้ำอุ่นไปทางเหนือและน้ำเย็นไปทางใต้" ^{[ 11 ]}งานวิจัยนี้ได้เปิดเผยว่าการล่มสลายของ AMOC ดูเหมือนจะเกิดขึ้นเร็วกว่าที่แบบจำลองก่อนหน้านี้คาดการณ์ไว้ นอกจากนี้ยังขยายความข้อเท็จจริงที่ว่าระบบเศรษฐกิจและสังคมของเรามีความเปราะบางต่อผลกระทบของเอลนีโญมากกว่าที่เคยคิดไว้ การศึกษาด้านภูมิอากาศวิทยาเป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจความเสี่ยงด้านสภาพภูมิอากาศในปัจจุบัน การวิจัยมีความจำเป็นเพื่อบรรเทาและติดตามความพยายามที่ดำเนินการเพื่อรับมือกับสภาพภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา การเสริมสร้างความรู้ของเราในด้านภูมิอากาศวิทยาช่วยให้เราเตรียมพร้อมรับมือกับผลกระทบของเหตุการณ์เอลนีโญที่รุนแรงได้ดียิ่งขึ้น เช่น ภัยแล้ง น้ำท่วม และความร้อนจัดที่รุนแรงขึ้น^{[ 9 ]}

ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจทางด้านภูมิอากาศวิทยา ได้แก่ชั้นบรรยากาศระดับล่างรูปแบบการหมุนเวียนของ อากาศ การถ่ายเทความร้อน ( การแผ่รังสีการพาความร้อนและการแฝง ) ปฏิสัมพันธ์ระหว่างบรรยากาศมหาสมุทรและ พื้นผิว โลก (โดยเฉพาะพืชพรรณการใช้ที่ดินและลักษณะ ภูมิประเทศ ) ตลอดจนองค์ประกอบทางเคมีและกายภาพของบรรยากาศ สาขาวิชาที่เกี่ยวข้องได้แก่ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์บรรยากาศเคมีนิเวศวิทยาภูมิศาสตร์กายภาพธรณีวิทยาธรณีฟิสิกส์ธารน้ำแข็งวิทยาอุทกวิทยาสมุทรศาสตร์และภูเขาไฟวิทยา

วิทยาศาสตร์บรรยากาศคือการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับ ชั้น บรรยากาศตอนบนของโลก — ชั้นบรรยากาศเหนือสตราโตพอส — และบริเวณที่สอดคล้องกันของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงอื่น ซึ่งชั้นบรรยากาศทั้งหมดอาจสอดคล้องกับชั้นบรรยากาศตอนบนของโลกหรือบางส่วนก็ได้ วิทยาศาสตร์บรรยากาศเป็นสาขาหนึ่งของทั้งเคมีบรรยากาศและฟิสิกส์บรรยากาศ ซึ่งแตกต่างจากอุตุนิยมวิทยาที่เน้นชั้นบรรยากาศใต้สตราโตพอส^{[ 12 ]} ในบริเวณชั้นบรรยากาศที่นักวิทยาศาสตร์บรรยากาศศึกษาการแตกตัวทางเคมีและการแตกตัวเป็นไอออนเป็นปรากฏการณ์ที่สำคัญ

ดาวเคราะห์ทุกดวงในระบบสุริยะมีชั้นบรรยากาศ นี่เป็นเพราะแรงโน้มถ่วงของพวกมันแข็งแกร่งพอที่จะรักษาอนุภาคก๊าซไว้ใกล้พื้นผิว ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ขนาดใหญ่มีมวลมากพอที่จะรักษาก๊าซเบาอย่างไฮโดรเจนและฮีเลียมไว้ใกล้ ๆ ในปริมาณมาก ในขณะที่ดาวเคราะห์ขนาดเล็กจะสูญเสียก๊าซเหล่านี้ไปในอวกาศ[ ^{13 ] องค์ประกอบ}ของชั้นบรรยากาศของโลกแตกต่างจากดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ เนื่องจากกระบวนการชีวิตต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นบนดาวเคราะห์ได้นำออกซิเจน โมเลกุล อิสระ เข้ามา ^{[ 14 ]}ชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่ของดาวพุธถูกพัดพาไปโดยลมสุริยะ [ ^{15 ] ดวง}จันทร์เพียงดวงเดียวที่ยังคงมีชั้นบรรยากาศหนาแน่นคือไททันมีชั้นบรรยากาศบาง ๆ บนไทรทันและมีร่องรอยของชั้นบรรยากาศบนดวงจันทร์

บรรยากาศของดาวเคราะห์ได้รับผลกระทบจากระดับพลังงานที่แตกต่างกันที่ได้รับจากดวงอาทิตย์หรือภายในของดาวเคราะห์ ทำให้เกิดระบบสภาพอากาศ แบบไดนามิก เช่นพายุเฮอริเคน (บนโลก) พายุฝุ่นทั่วทั้งดาวเคราะห์( บนดาวอังคาร ) พายุหมุนขนาดเท่าโลกบนดาวพฤหัสบดี (เรียกว่าจุดแดงใหญ่ ) และรูโหว่ในชั้นบรรยากาศ (บนดาวเนปจูน) ^{[ 16 ]} มีการอ้างว่า ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะอย่างน้อยหนึ่งดวงHD 189733 bมีระบบสภาพอากาศดังกล่าว คล้ายกับจุดแดงใหญ่ แต่มีขนาดใหญ่เป็นสองเท่า^{[ 17 ]}

พบว่าดาวพฤหัสบดีร้อนกำลังสูญเสียชั้นบรรยากาศออกไปในอวกาศเนื่องจากรังสีจากดาวฤกษ์ คล้ายกับหางของดาวหาง^{[ 18 ] [ 19 ]}ดาวเคราะห์เหล่านี้อาจมีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างด้านกลางวันและด้านกลางคืนอย่างมาก ซึ่งก่อให้เกิดลมความเร็วเหนือเสียง^{[ 20 ]}แม้ว่าด้านกลางวันและด้านกลางคืนของ HD 189733b จะมีอุณหภูมิใกล้เคียงกันมาก ซึ่งบ่งชี้ว่าชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ช่วยกระจายพลังงานของดาวฤกษ์ไปรอบๆ ดาวเคราะห์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 17 ]}

• มลพิษทางอากาศ

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์บรรยากาศ

• พลศาสตร์ของไหลในบรรยากาศที่นำมาประยุกต์ใช้กับแผนที่สภาพอากาศ  – หลักการต่างๆ เช่น การเคลื่อนที่แบบพาความร้อน การเปลี่ยนแปลงรูปร่าง และการหมุนวน
• หอจดหมายเหตุของศูนย์วิจัยบรรยากาศแห่งชาติ (NCAR) รวบรวมเอกสารประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์บรรยากาศ