Klimatologia on ilmakehän käyttäytymisen sekä lämpötilan, paineen ja muiden ilmakehän tekijöiden muutosten tutkiminen tietyn ajanjakson ajan. Klimatologia on ilmakehätieteen ala, mutta ilmastotutkimus voi liittyä kaikkiin muihin maapallon osa-alueisiin, mukaan lukien geosfääri (kiinteä maa) ja hydrosfääri (maanpäälliset vesivarannot), koska ilmasto vaikuttaa koko maapallon pintaan.
Sää on kaikki ilmakehän ilmiöt, mukaan lukien sateet, tuulen nopeus ja pilvien muodostuminen. Sää johtaa viime kädessä ilmakehän lämpöerot. Auringosta saatava energia ei ole jakautunut tasaisesti maan pintaan, koska maa on pallomainen. Seurauksena on, että pinnan eri osiin kohdistuu eri intensiteetin valo.
Voimakkain valo on valo päiväntasaajalla. Korkeammilla leveysasteilla sama määrä energiaa osuu pintaan, mutta se jakautuu suuremmalle alueelle, mikä tarkoittaa, että vähemmän energiaa imeytyy pinta-alayksikköä kohti. Tämä aiheuttaa lämpöeroja planeetan välillä. Tämä lämpöenergian epätasainen jakautuminen aiheuttaa ilmakehän häiriöitä, joita kutsumme sääksi.
Säällä tarkoitetaan ilmakehän ilmiöitä milloin tahansa ja ajanjaksoin, jotka kestävät tunneista päiviin. Ilmasto käsittelee ilmakehän ilmiöitä, kun ne muuttuvat huomattavien ajanjaksojen välillä vuosilta vuosisatoihin tai enemmän.
Klimatologit tai ilmastotieteilijät tutkivat kahta ilmaston pääaluetta: paleoklimatologiaa ja historiallista klimatologiaa.
Paleoklimatologia on arkeologisessa ja geologisessa menneisyydessä tapahtuneiden ilmastomuutosten tutkimus. Tähän sisältyy pleistoseenin lopussa tapahtunut ilmastonmuutos ja Pre-Kambrian aikana tapahtuneet lumipallo-maatapahtumat, joissa suurin osa planeetan pinnasta on ehkä tunkeutunut jäälevyihin ja jäätiköihin. Paleoklimatologiaa tutkitaan luonnonilmiöillä, mukaan lukien jääydin ja puirenkaat.
Jään ytimet otetaan Grönlannin jäätyneiltä tasangoilta ja muilta alueilta, joilla on samanlainen ympäristö, missä säännöllinen lumisate muodostaa jääkerroksia, jotka säilyttävät kaasukuplia ja voivat kertoa tutkijoille muinaisesta ilmapiiristä. Kuplat eristetään nykyaikaisesta ilmapiiristä tiivistetyllä jäällä siten, että ne säilyttävät muinaisen ilmakehän kemiallisen koostumuksen muodostumisen ajankohtana. Tämä voi kertoa tutkijoille, kuinka ilmakehän kemiallinen koostumus on muuttunut ajan myötä ja kuinka ilmasto olisi erilainen tämän kemiallisen koostumuksen takia.
Puiden kausiluonteiset kasvirenkaat voivat olla paksumpia tai ohuempia riippuen pääasiassa sademäärästä. Kuivuudesta seuraa ohuempia renkaita, kun taas runsaasti vettä sisältävä runsas kasvukausi johtaa paksumpiin renkaisiin. Tarkastelemalla nykyaikaisten puiden renkaita ja vertaamalla niitä muinaisempiin puihin, on mahdollista rakentaa ilmastokrologia.
Toinen merkittävä vaikutus ilmastoon on Milankovitch-syklien ilmiö. Milankovitch-syklit sisältävät muutoksia Maan kiertoradan muodossa sekä Maan suunnassa auringon suhteen ja sen kallistusasteen suhteen. Kaikki nämä tekijät voivat vaikuttaa siihen, kuinka paljon energiaa imeytyy maapallon eri osiin. Seuraavat planeetan kautta imeytyneet energianvaihtelut vaikuttavat merkittävästi ilmastoon. Juuri tällä tavalla klimatologia sisältää myös tähtitieteen käsitteitä.
Historiallisen klimatologian tutkimuksella viitataan ilmastotutkimukseen tuoreemmassa ihmishistoriassa tai viimeisten tuhansien vuosien aikana. Historialliset klimatologit käyttävät myös jääsydämiä ja puirenkaita, mutta ne keskittyvät viimeaikaisempiin ilmastomuutoksiin, joista jotkut voidaan vahvistaa historiallisilla ennusteilla ja arkeologialla.
Monet viimeaikaiseen ilmastomuutokseen erikoistuneet ilmastotieteilijät tutkivat ilmaston lämpenemistä, mikä on maailmanlaajuisen lämpötilan nouseva suuntaus, joka ennakoitiin ensin 1900-luvun puolivälissä ja on vahvistettu siitä lähtien. Ilmastotieteilijät tutkivat myös yleisesti ilmastonmuutoksen päätekijöitä vertaamalla nykyaikaista ilmastoa aikaisempiin ilmastorekisteriin.
Meteorologia on sää tai kaikkien ilmakehän prosessien, mukaan lukien lämpötila, ilmanpaine ja kemiallinen koostumus, tutkimusta. Meteorologiaa pidetään ilmakehätieteen haarana, joka käsittelee sääilmiöitä ja säämuutoksia lyhyessä ajassa.
Meteorologialla, kuten lännessä ymmärretään, on alkuja, jotka ulottuvat aina klassiseen antiikkiin. Aristoteles puhui sää- ja ilmakehän prosessien teorioista vuonna 350 eKr. Nykyaikainen meteorologia alkoi tosissaan 1900-luvun puolivälissä, kun tekniikan kehitys helpotti sääennusteita ja ymmärtämistä.
Meteorologien käyttämiin tärkeimpiin työkaluihin kuuluvat perinteiset instrumentit, kuten barometrit ja lämpömittarit. Alusta 1800-luvulta lähtien aluksia käytettiin myös säätietojen tutkimiseen. Viime aikoina meteorologit ovat käyttäneet monimutkaisia tietokoneohjelmia ilmakehän ilmiöiden mallintamiseen.
Meteorologia ja klimatologia ovat molemmat ilmakehätieteen aloja. Ne molemmat sisältävät ilmakehän prosessien, kuten ilman lämpötilan, ilmanpaineen ja ilmakehän koostumuksen, tutkimuksen. Meteorologialla ja klimatologialla on myös tärkeä rooli ihmisten elämässä.
Vaikka klimatologian ja meteorologian välillä on monia samankaltaisuuksia, on myös tärkeitä eroja.
Klimatologia on ilmakehän ilmiöiden, kuten lämpötilan, ilmanpaineen ja koostumuksen, muutosten tutkimusta merkittävien ajanjaksojen aikana. Ilmastotieteilijät tutkivat pääasiassa menneitä ilmastomuutoksia joko kaukaisessa geologisessa menneisyydessä, kun kyseessä on paleoklimatologia, tai lähihistoria, historiallisen klimatologian tapauksessa. Käytettyihin työkaluihin sisältyy jääsydämien ja puirenkaiden tutkimukset. Meteorologia on ilmakehän ilmiöiden päivittäinen tutkiminen, joka heijastaa ilmanpaineen ja lämpötilan säännöllisiä muutoksia. Klimatologia ja meteorologia ovat molemmat ilmakehätieteen aloja, mutta ne eroavat pääosin aikataulusta. Climatology käsittelee pitkäaikaisia muutoksia, kun taas meteorologia käsittelee lyhytaikaisia säämuutoksia, jotka kestävät tunneista päiviin.