जमीन से काफी ऊपर, मुक्त वातावरण उस हवा से अलग व्यवहार करता है जिसमें हम हर दिन चलते हैं। वायुविज्ञान उस ऊपरी क्षेत्र पर केंद्रित है, और सतही घर्षण और स्थानीय बाधाओं से पूरी तरह मुक्त वायु की परतों का अध्ययन करता है।

इस क्षेत्र के शोधकर्ता कुछ सौ मीटर की ऊंचाई से लेकर समताप मंडल तक तापमान, आर्द्रता, दबाव और हवा की गति पर नज़र रखते हैं। वे जमीनी स्टेशनों के बजाय गुब्बारों, विमानों और दूरस्थ सेंसरों पर निर्भर रहते हैं। ये आंकड़े बताते हैं कि ऊपरी स्तर की धाराएँ तूफानों को कैसे दिशा देती हैं, ओजोन का व्यवहार कैसा होता है और ऊंचाई के साथ विकिरण संतुलन कैसे बदलता है।

व्यवहारिक कार्य में अक्सर ऐसे उपकरण पैकेज लॉन्च करना शामिल होता है जो वास्तविक समय में रेडियो द्वारा मौसम संबंधी जानकारी भेजते हैं। ये जानकारी मौसम मॉडल को डेटा प्रदान करती है और पायलटों को अशांति से बचने में मदद करती है। वायुविज्ञान सतही अवलोकनों द्वारा प्रदान न की जा सकने वाली ऊर्ध्वाधर जानकारी भी प्रदान करता है।

• सतही प्रभाव से ऊपर मुक्त वातावरण पर जोर देता है
• इसमें गुब्बारों, विमानों और रिमोट सेंसिंग का उपयोग किया जाता है।
• पूर्वानुमान और विमानन सुरक्षा में सहायक
• ऊपरी वायु के पैटर्न को सतही मौसम से जोड़ता है