في طبقات الجو العليا، يختلف سلوك الغلاف الجوي الحر عن الهواء الذي نمر به يومياً. يركز علم الأرصاد الجوية على تلك الطبقة العليا، ويدرس طبقات الهواء التي تنأى بنفسها عن الاحتكاك السطحي والعوائق المحلية.

يتتبع الباحثون في هذا المجال درجة الحرارة والرطوبة والضغط والرياح من ارتفاع بضع مئات من الأمتار إلى طبقة الستراتوسفير. ويعتمدون في ذلك على البالونات والطائرات وأجهزة الاستشعار عن بُعد بدلاً من المحطات الأرضية. وتكشف البيانات كيف تُوجّه التيارات العلوية العواصف، وكيف يتصرف الأوزون، وكيف تتغير موازين الإشعاع مع الارتفاع.

غالباً ما يتضمن العمل العملي إطلاق أجهزة رصد جوي ترسل بيانات جوية مباشرة عبر الراديو. تُغذي هذه البيانات نماذج الطقس وتساعد الطيارين على تجنب الاضطرابات الجوية. كما يوفر علم الأرصاد الجوية السياق الرأسي الذي لا تستطيع الملاحظات السطحية وحدها توفيره.

• يؤكد على الغلاف الجوي الحر فوق تأثير السطح
• يستخدم البالونات والطائرات والاستشعار عن بعد
• يدعم التنبؤ وسلامة الطيران
• يربط أنماط الغلاف الجوي العلوي بالطقس السطحي