hPa)の前後数十hPaの範囲内にある。高度が上がるに従い気圧は低くなり、また気温も低くなる。気温が低下するのは赤道付近では約16kmまで、中緯度では約11kmまで、北極・南極付近では約8kmまでである。この気温低下の止まるところを対流圏と成層圏の境界、対流圏界面といい、ほとんどの気象現象はこの対流圏内で起こる。地上に雨を降らせる雲は対流圏内に存在する。湧き上がる背の高い積乱雲も、対流圏界面を突き抜けることはない。5]ほか、真珠母雲や夜光雲が発生するが、対流圏に影響を与えることはほとんどない。地球上に起こる気象は、太陽の活動により地球に供給されるエネルギー(放射エネルギー)に由来している。100μmの赤外線、7%が波長0.4μm以下の紫外線である。生物に有害な波長0.2μm以下の紫外線のほとんどは散乱されたり大気上層(オゾン層)の成分により吸収されたりして、地表にほとんど到達しない。「地球のエネルギー収支」も参照この熱が、気象の原動力となる。大気が存在することにより地表は保温されている。7]を吸収して熱に変換しているからであり、これを温室効果という。太陽放射の量は各地点の太陽の高度(水平線に対する角度)、すなわち季節と緯度により変わる。}(W/m2)となる。緯度が高い地点ほど太陽の高度が低く、届く太陽光は少ない。同じ地点では夏至に最も太陽の高度が高く、冬至に最も低い。春分や秋分の赤道は太陽高度が90度であるため、約1366W/m2になる。地上の場合、大気や雲による吸収を経て地上に到達するため、これよりも小さい値となる。動物の体内など様々な場所に、水が豊富に存在する。水は地球大気で起こりうる環境下で液体(水)、気体(水蒸気)、固体(氷)の3態で存在しうるうえ、常温でも大気に対して揮発性が高く、状態変化を起こしやすい。状態変化は周囲の物質との間で転移熱(潜熱)の放出や吸収を伴う。大気中の他の多くの気体は運動する大気の中で顕熱のみを運ぶが、水は顕熱と潜熱の両方を運ぶため、熱の移動の面からも水は重要な役割を担っていて、天気を予測する際には重要な因子となる。低気圧の多くは雲の発生により放出される凝結熱(潜熱)による加熱が発達要因の1つとなる。水は雨や雪などの降水現象をもたらし、地上の天気にも関与している。よって異なるため温度差が生じる。大気の場合、空気が部分的に温まると膨張して密度が下がり、周囲より浮力が大きくなるため上昇する一方、逆に冷やされると収縮して密度が上がり、周囲より浮力が小さくなるので下降する。これは一例ではあるが、こうしたある空間の物理的な不均一を解消しようとする働きによって、一種の乱れが発生する。気象の根本的な原因はこの乱れであり、気象学においてはこれを擾乱(じょうらん)(気象擾乱)とよび、「大気の定常状態(平衡)からの乱れ」と定義している。擾乱や定常状態は物理的な気象要素として方程式に記述できる現象であり、天気予報ではこの方程式を活用して擾乱を予測する。気象に関係する方程式は熱力学や流体力学などが中心で、特にこれらの分野の理解が必要となる。気象は複雑なシステムであり様々な外的要因、内的な不安定要因が存在する。外的なものでは地形の影響、地球の自転の影響、海洋の影響など様々なものが関係していて、総合的に考える必要がある。内的なものではカオス理論(バタフライ効果)で述べられているような初期値鋭敏性、例えば分子や原子レベルの振る舞いの違いが現象の現れ方の違いになりうるが、天気予報に用いるコンピューターの能力の限界からそれを完全に再現することは困難で、実際には近似によりある程度単純化して再現性の良いものを用いる、ということが行われている。気象要素を観測する自動気象観測所(AWS)大気の状態や気象現象はいくつかの要素で表すことができ、これを気象要素と呼ぶ。気象要素の多くは物理的な値だが、天気分類や雲形などの例外もある。地上から見た大気の状態。ある時点における雲の量、降水の種類や強さ、霧や砂嵐の状況などを総合したもの。快晴、晴れ、くもりや雨など。空全体に占める雲の割合。日本では十分率、国際的には八分率で表される。積雲や層雲などの基本的な十種雲形のほか、副種や変種がある。雲の底部の高さを指す雲底高度、雲の頂部の高さを指す雲頂高度などがある。国際気象通報式では上層、中層、下層それぞれ10、計30のパターンが定義されている。降水や霧、砂嵐、吹雪などによって低下する。航空の分野では重要視される。各方位の中で最も低い視程を指す最小視程、各方位の平均の視程を指す卓越視程などがある。方向からの日射を指す散乱日射量、全ての方向からの日射を指す全天日射量などがある。120W/m2以上の直達日射があるものを「日照がある」という。一定時間当たりに日照があった時間。地上や海上のそのままの気圧を指す地上気圧(現地気圧)、海面更正をした海面気圧、気球などで測る上空の気圧を指す上空気圧などがある。