Ở độ cao trên mặt đất, bầu khí quyển tự do có những đặc tính khác biệt so với không khí mà chúng ta hít thở hàng ngày. Khí tượng học tập trung vào tầng khí quyển phía trên đó, nghiên cứu các lớp không khí nằm cách xa ma sát bề mặt và các vật cản cục bộ.

Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này theo dõi nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và gió từ độ cao vài trăm mét trở lên trong tầng bình lưu. Họ dựa vào khinh khí cầu, máy bay và các cảm biến từ xa thay vì các trạm mặt đất. Dữ liệu thu được cho thấy các dòng hải lưu ở tầng cao điều khiển bão như thế nào, tầng ozone hoạt động ra sao và sự cân bằng bức xạ thay đổi như thế nào theo độ cao.

Công việc thực tế thường bao gồm việc phóng các gói thiết bị đo đạc để truyền tín hiệu vô tuyến về các hồ sơ khí tượng theo thời gian thực. Những hồ sơ này được sử dụng để cung cấp dữ liệu cho các mô hình dự báo thời tiết và giúp phi công tránh nhiễu động. Khí tượng học cũng cung cấp bối cảnh theo phương thẳng đứng mà các quan sát trên mặt đất không thể cung cấp được.

• Nhấn mạnh ảnh hưởng của bầu khí quyển tự do phía trên bề mặt.
• Sử dụng khinh khí cầu, máy bay và cảm biến từ xa.
• Hỗ trợ dự báo và an toàn hàng không.
• Liên kết các mô hình khí quyển tầng cao với thời tiết bề mặt.