ความผิดปกติของอุณหภูมิคือ ความแตกต่าง ไม่ว่าจะเป็นค่าบวกหรือค่าลบ ของอุณหภูมิจากค่าฐานหรือค่าอ้างอิง ซึ่งโดยปกติจะเลือกเป็นค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิในช่วงเวลาอ้างอิงหรือช่วงเวลาฐานที่กำหนด ในวิทยาศาสตร์บรรยากาศอุณหภูมิเฉลี่ยโดยทั่วไปจะคำนวณในช่วงเวลาอย่างน้อย 30 ปี ในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่มีลักษณะคล้ายคลึงกัน หรือคำนวณทั่วโลกครอบคลุมทั้งโลก

อุณหภูมิได้มาจากสถานีตรวจวัดสภาพอากาศ บนผิวน้ำและนอกชายฝั่ง หรืออนุมานจากข้อมูลดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาความผิดปกติ ของอุณหภูมิ สามารถคำนวณได้จากชุดข้อมูลอุณหภูมิใกล้ผิวน้ำและอุณหภูมิชั้นบรรยากาศ ตอนบน หรืออุณหภูมิ พื้นผิวทะเล

ความผิดปกติ ของ อุณหภูมิคือการวัดอุณหภูมิเมื่อเทียบกับอุณหภูมิอ้างอิง ซึ่งมักคำนวณจากค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิในช่วงเวลาอ้างอิง ซึ่งมักเรียกว่าช่วงเวลาฐาน^{[ 1 ]}บันทึกอุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยทั่วโลกมักแสดงเป็นค่าความผิดปกติมากกว่าอุณหภูมิสัมบูรณ์^{[ 1 ]}

การใช้ค่าอ้างอิงที่คำนวณสำหรับพื้นที่ที่แตกต่างกันในช่วงเวลาเดียวกันจะสร้างเส้นฐานที่ใช้ในการคำนวณความผิดปกติ เพื่อให้สามารถใช้ข้อมูลปกติเพื่อเปรียบเทียบรูปแบบอุณหภูมิกับค่าปกติได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น^{[ 1 ]}ตัวอย่างเช่น ชุดข้อมูลระดับย่อยทั่วโลกอาจเป็นข้อมูลเฉพาะบนบกเฉพาะในมหาสมุทรและอนุกรมเวลาของซีกโลก^{[ 1 ]}ความผิดปกติเป็นกรอบอ้างอิงที่ช่วยให้สามารถเปรียบเทียบระหว่างสถานที่ต่างๆ ได้อย่างมีความหมายมากขึ้น และคำนวณแนวโน้มอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น^{[ 1 ]}

การใช้ช่วงเวลาฐานที่แตกต่างกันไม่ได้เปลี่ยนแปลงรูปร่างของแผนภูมิอนุกรมเวลาหรือส่งผลกระทบต่อการแสดงแนวโน้มภายในแผนภูมิเหล่านั้น^{[ 1 ]}ตัวอย่างเช่น นโยบายขององค์การอุตุนิยมวิทยาโลก (WMO) สนับสนุนการใช้ช่วงเวลาฐาน 30 ปี ในขณะที่เพื่อความเรียบง่ายเชิงแนวคิด บางครั้งมีการใช้ช่วงเวลาฐานยาวหนึ่งศตวรรษเพื่อติดตามวิวัฒนาการภาพรวมของอุณหภูมิทั่วพื้นผิวโลก^{[ 1 ]}องค์กรอุตุนิยมวิทยาต่างๆ ได้ใช้ช่วงเวลาฐานที่แตกต่างกันสำหรับ ชุดข้อมูล อุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยทั่วโลกเช่น 1951–1980 (NASA GISS ^{[ 2 ]}และ Berkeley Earth ^{[ 3 ]} ), 1961–1990 (HadCRUT UK ^{[ 4 ]} ), 1901–2000 (NCDC/NOAA ^{[ 5 ]} ) และ 1991–2020 (Japan Met ^{[ 6 ]} )

ความผิดปกติเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะบ่งบอกถึงความผิดปกติของค่าอุณหภูมิ ค่าเบี่ยง เบน มาตรฐาน —ซึ่งแสดงด้วยตัวอักษรซิกมาตัวเล็ก σ—จะวัดระดับความแปรผันของค่าในชุดข้อมูล (ดูแถบสีในแผนภูมิทางด้านขวา) ตัวอย่างเช่น ความแปรผัน +2 °C อาจมีความสำคัญมากกว่าในบริเวณที่มีอุณหภูมิคงที่ปกติเมื่อเทียบกับความแปรผัน +3 °C จากบริเวณที่มีความแปรผันสูงปกติ^{[ 8 ]}ด้วยเหตุนี้ ความผิดปกติจึงมักแสดงเป็น 'ความผิดปกติมาตรฐาน' กล่าวคือ ความผิดปกติหารด้วยค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน

สรุปได้ว่า การเลือกช่วงเวลาอ้างอิงจะเป็นตัวกำหนดตำแหน่งแนวตั้งของเส้นกราฟ และค่าเบี่ยงเบนจะเป็นตัวกำหนดว่าเส้นกราฟนั้น "ยืด" ออกไปในแนวตั้งบนกราฟมากน้อยเพียงใด

การพยากรณ์อากาศเชิงตัวเลขให้ข้อมูลการพยากรณ์อุณหภูมิในอีกไม่กี่วันหรือสัปดาห์ข้างหน้า ซึ่งสามารถนำมาใช้คำนวณค่าความผิดปกติในช่วงเวลาการพยากรณ์เหล่านั้นได้ การพยากรณ์มีสองประเภท คือ แบบกำหนดได้และแบบความน่าจะเป็น ซึ่งจะให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน

ข้อมูลเชิงกำหนดคือค่าที่ได้จากการรันแบบจำลองการพยากรณ์ด้วยเงื่อนไขเริ่มต้นที่กำหนดโดยเงื่อนไขเริ่มต้นจากการรวมข้อมูลข้อมูลเชิงความน่าจะเป็นมาจากชุดการทำนายที่แบบจำลอง (หรือแบบจำลองต่างๆ) ถูกรันหลายครั้งโดยมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในเงื่อนไขเริ่มต้นในแต่ละครั้ง^{[ 9 ]}

ความผิดปกติเชิงกำหนดจะมีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานซึ่งขึ้นอยู่กับอคติของการพยากรณ์เท่านั้น ส่วนค่าเบี่ยงเบนและความผิดปกติเชิงความน่าจะเป็น ซึ่งคำนวณจากผลลัพธ์ของแบบจำลองหลายๆ แบบนั้น ก็คือความน่าจะเป็นที่จะเกิดขึ้นนั่นเอง

• สภาพอากาศสุดขั้ว
• คลื่นความร้อน
• คลื่นความร้อนในทะเล