Năng lượng mặt trời gây ra nắng, mưa, gió, bão,… trên Trái Đất. Mặt trời là nguồn năng lượng chủ yếu cho sự sống trên Trái Đất vì: – Mặt trời sưởi ấm cho muôn loài.

 

Bầu khí quyển của Trái Đất bị tác động bởi nhiệt lượng Mặt trời. Thời tiết là sự phản ứng của khí quyển với kết cấu nhiệt lượng không đồng đều mà nó nhận được từ Mặt trời. Ánh sáng nhìn thấy được và tia cực tím sưởi ấm Trái Đất ở những vùng có ánh sáng mặt trời, và các vùng ở vĩ độ thấp sẽ nóng hơn, nhưng Trái Đất cũng phát ra bức xạ hồng ngoại với năng lượng gần như tương đương ở tất cả mọi hướng.
Tính trung bình, Trái Đất nhận được 340 W/m2 từ Mặt trời. Khoảng 1/3 năng lượng này bị phản ngược trở lại không gian bởi mây và lớp băng trên bề mặt. Phần năng lượng còn lại – khoảng tương đương với việc đặt những lò sưởi nhỏ cách nhau mỗi 2m, bố trí theo dạng mắt lưới bao phủ bề mặt của Trái đất và vận hành liên tục – sẽ được bề mặt và khí quyển Trái Đất hấp thụ.
Nhưng sức mạnh của mặt trời được tập trung vào ban ngày và đặc biệt là gần đường xích đạo. Tính trung bình, khí quyển và bề mặt hấp thụ hơn 300W/m2 trong vùng nhiệt đới nhưng ít hơn 100W/m2 ở vùng cực. Lý do là vì bề mặt của trái đất tại đường xích đạo tiếp xúc trực diện với ánh sáng mặt trời, nhưng ở gần cực, vẫn cùng một mức năng lượng nhưng lại phân tán ra một diện tích bề mặt lớn hơn.
Nhiệt độ Trái Đất không thể hiện sự khác biệt rõ rệt giữa các vùng, mức chênh lệch nhiệt độ giữa vùng xích đạo và các vùng vĩ độ cao chỉ là 50 độ C, ít hơn rất nhiều so với sự chênh lệch nhiệt độ ở các hành tinh khác như là Mặt trăng. Điều này là bởi vì bầu khí quyển (và các đại dương) đưa nhiệt từ vùng ấm hơn tới vùng lạnh hơn. Năng lượng mà khí quyển truyền tải có thể đạt tới 5PW (5 x 1015W). Để so sánh, nhà máy điện hạt nhân lớn nhất có công suất 8GW (8 x 109W) và tổng điện năng mà con người tiêu thụ bằng tất cả mọi hình thức hiện nay ước tỉnh khoảng 18TW (1,8x 1013W) vẫn kém hơn 250 lần so với mức nhiệt trên của bầu khí quyển.
Nguồn năng lượng khổng lồ này chính là một cỗ máy nhiệt cho bầu khí quyển và các đại dương của Trái đất, cũng như cho dòng không khí nóng di chuyển đến các khu vực lạnh hơn. Trong quá trình di chuyển, năng lượng được chuyển đổi sang các dạng khác và bản thân việc Trái đất tự xoay quanh trục cũng có ảnh hưởng rất lớn đến khí hậu trên Trái đất, đặc biệt là ở những vùng vĩ độ trung bình. Tác động của sự chuyển đổi nhiệt tạo nên nhiều hệ thời tiết, có thể kể đến các vùng Hadley, hay các chuyển động dạng sóng, với biểu hiện bề mặt là những hệ thời tiết quen thuộc áp suất cao và áp suất thấp.
Dòng tia là những dải băng rất hẹp (sâu vài km và có lẽ rộng 100km) của không khí chuyển động nhanh vòng quanh trái đất và hình thành trên ranh giới của khối không khí nóng hơn và lạnh hơn ở độ cao vào khoảng 10 km. Ở trung tâm dòng tia, gió có thể đạt 200 km/h và vào tháng năm 1967 đã ghi nhận một dòng tia có vận tốc 656 km/h ở bên trên bầu trời Outer Hebrides. Việc định vị những cơn gió tập trung này là rất quan trọng khi lên kế hoạch cho tuyến đường máy bay và việc lợi dụng dòng tia là lý do tại sao khi bay từ tây sang đông lại nhanh hơn so với hành trình ngược lại.
Dòng tia có ảnh hưởng nhất đối với thời tiết của chúng ta là dòng tia cực bắc. Dòng tia này quanh co trong một lộ trình biến đổi và dẫn hướng sự chuyển đổi các hệ thống thời tiết trên toàn thế giới, có khả năng dẫn đến một loạt các cơn bão và lũ lụt. Khi dòng tia cực bắc di chuyển xuống phía nam thì không khí lạnh ở cực sẽ được đưa xuống, khi nó di chuyển về phía bắc, thì không khí sẽ ấm áp và khí hậu sẽ ổn định.
Bão nhiệt đới, được biết đến với những cơn bão ở châu Mỹ và những trận bão ở vùng Viễn Đông, là những sự kiện thời tiết ở vĩ độ thấp có sức phá hoại rất lớn, khởi đầu từ những hệ thời tiết yếu, áp suất thấp. Bão nhiệt đới hình thành trên những vùng biển rất ấm áp, thường vào cuối mùa hè và mùa thu ở mỗi bán cầu. Khi bão mạnh thêm, chúng lại được dẫn đường bởi năng lượng tiềm ẩn từ hơi nước ngưng tụ tạo thành những đám mây bão lớn.
Đã từng có những cơn bão có tốc độ gió hơn 200 km/h xung quanh tâm bão, nhưng sự tàn phá chủ yếu là do lũ lụt vì mực nước biển dâng lên kèm theo lượng mưa dữ dội. Lượng mưa trung bình hàng năm của Vương quốc Anh chỉ bằng lượng mưa trong vòng chưa đầy hai giờ đồng hồ tại mắt bão.
Trận bão Bhola năm 1970 là một trong những thiên tai tồi tệ nhất mọi thời đại, giết chết hơn nửa triệu dân ở Bangladesh và Tây Bengal phần lớn là do lũ lụt, nhưng nó còn quá xa để trở thành một cơn bão mạnh nhất, nó chỉ được xếp vào loại tương đối vừa phải là loại 3. Mạnh nhất là loại 5, bao gồm cơn bão Katrina vào năm 2005 với sức gió hơn 280 km/h.
Những cơn lốc xoáy là những cơn lốc nhỏ hung bạo có thể hình thành dưới một đám mây bão xếp khối, là một vùng có sự đối lưu thẳng đứng mạnh mẽ. Trong lốc xoáy, một đám mây hình phễu được hình thành ở trung tâm cơn lốc mặc dù những luồng gió mạnh lại lưu chuyển ở cách tâm rất xa. Tốc độ gió thậm chí có thể đạ tới 500km/h và phá hủy mọi thứ trên đường đi.
Cơn lốc xoáy Tri-State vào tháng ba năm 1925, được ghi nhận là có lộ trình dài nhất, lên tới 350 km và giết chết 695 người ở Thung lũng sông Mississippi, Mỹ. Toàn bộ thảm hoạ này đã làm thiệt mạng 747 người, nhưng đó chưa là gì so với cơn lốc xoáy Daulatpur-Saturia vào tháng 4 năm 1989 ở Bangladesh, khiến 1.300 người chết và 80.000 người bị mất nhà cửa.
Bão bụi xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới. Chúng đem theo một lượng cát và khoáng mịn khổng lồ di chuyển từ lục địa này sang lục địa khác. Tại Bắc Phi, những cơn bão này được gọi là haboobs và thường được khởi đầu bằng bởi cơn gió lớn kèm theo những cơn bão. Tại những vùng khô của Châu Mỹ và Châu Á cũng xuất hiện những cơn bão tương tự. Haboobs có thể cao tới hơn 1km, bao phủ hàng ngàn km2 và kéo dài trong vòng nhiều giờ. Bụi hấp thụ ánh sáng mặt trời và làm ấm vùng không khí xung quanh cũng như tăng cường sức gió ở rìa cơn bão.
Nếu như ở trên Trái Đất có hơi nước để dung hòa những hạt bụi trong không khí thì trên sao Hỏa, không khí khô sẽ biến những cơn bão bụi dường như bao phủ toàn bộ hành tinh.
Quỷ cát là những cơn gió xoáy đối lưu nhỏ, có thể nhìn thấy được do bụi mà chúng thốc lên từ mặt đất. Chúng cũng được dẫn khởi bởi năng lượng nhiệt, tại nơi một bầu không khí mát hơn tiếp xúc với bề mặt nóng. Hiện tượng này phổ biến nhất ở các vùng giống sa mạc, nhưng có thể xảy ra ngay cả ở vùng khí hậu ôn đới và có những ghi chép về “quỷ tuyết” trên sườn núi ánh sáng rực rỡ. Trên trái đất, chúng có thể đạt độ cao 1km và có lẽ có đường kính 10 mét; trên sao Hỏa người ta đã nhìn thấy nhiều cỡ hơn, có thể cao đến 20 km và rộng 200 mét, xuất hiện trong nhiều hình ảnh từ phi thuyền bay quanh sao Hoả.
Tia sét là một hiện tượng phổ biến trong bầu khí quyển của Trái Đất, nó xảy ra ở khu vực đối lưu mạnh mẽ. Bất cứ lúc nào trên Trái Đất đều có khoảng 2.000 cơn dông đang hoạt động. Nhiệt độ không khí trong một tia sét có thể đạt tới 30.000 độ C, gấp năm lần so với nhiệt độ trên bề mặt của Mặt trời. Âm thanh tiếng sấm đến từ sự giãn nở của không khí được đốt nóng đột ngột và những cái cây bị sét đánh sẽ bị huỷ diệt hoàn toàn bởi vì nước bên trong chúng tức thời sôi.

Mưa đá thường gắn liền với những cơn bão trong thời tiết ấm áp, có liên quan đến hiện tượng đối lưu. Mọi người thường coi mưa đá như một sự kiện mùa đông, nhưng vào cuối mùa xuân và mùa hè là thời điểm duy nhất có mưa đá thực sự xảy ra ở Anh. Khi có vận động đi lên mạnh của không khí, mưa đá có thể đạt kích thước rất lớn, đường kính lên đến 20cm, và có thể nặng gần 1 kg. Bão mưa đá thực sự có thể gây chết người và đáng buồn là có những ghi chép của hàng trăm người chết. Có thể trận bão mưa đá tang tóc nhất trong lịch sử đã giết chết hơn 230 người và 1.600 gia súc tại bang Uttar Pradesh, miền bắc Ấn Độ vào tháng Tư năm 1888, và có những biên bản ghi chép về những tử vong ở Warwickshire, Anh vào tháng 5 năm 1411