大气和海洋中的外部能量驱动过程
大气层是地球周围的一个球体，由重力作用下固定在原地的各种气体的混合物组成。的大气分为几层，主要基于垂直温度梯度随高度的显著变化。大气下面的36,000英尺(11公里)是对流层，那里的温度通常逐渐下降，约为每英里70°F(每公里21°C)，离地表越来越高。这是因为太阳加热了地表，反过来又加热了对流层的下部。从太阳接收到的外部能量驱动着大气中的各种过程。
大气总是在移动，因为赤道每单位面积接收到的太阳热量比两极要多。受热的空气膨胀上升到扩散的地方，然后冷却下沉，逐渐回到赤道。这种全球模式空气循环形式哈德利细胞赤道和中纬度地区的空气混合。哈德利单体是环绕地球的空气带，沿赤道上升，在热带上升时水分下降。当空气在高海拔地区离开赤道时，它会冷却，变得干燥，然后在北纬15-30°和南纬下降，在那里它要么回到赤道，要么向两极移动。Hadley cell的位置每年都会随着太阳明显的季节性运动而向南北移动。高压系统在空气下降的地方形成，其特征是稳定晴朗的天空和强烈的蒸发，因为空气非常干燥。另一对主要的全球环流带是在两极空气冷却并向赤道扩散时形成的。寒冷的极地锋形成于极地气团遇到来自热带哈德利单体周围的温暖空气。在极锋和哈德利单体之间的地带，强烈的西风发展起来。极锋的位置和西风的程度受极地急流(形成于对流层上部)的位置控制，其部分位置被青藏高原和高原固定在北半球落基山脉．急流路径上的下沉和弯曲被称为罗斯比波;这些部分决定了高压系统和低压系统的位置。罗斯比波在不同季节趋于半稳定，在夏季和冬季具有可预测的模式。如果高速气流中的罗斯贝波模式在一个季节或更长时间内发生显著变化，可能会导致风暴系统追踪到与正常情况不同的位置，导致局部干旱或洪水。这种全球环流的变化也可能改变区域下沉气流、冷干空气的位置。这会导致长期干旱和荒漠化。这种变化可能会持续几周、几个月或几年，并可能解释影响亚洲、非洲、北美和其他地方的几次严重干旱。
循环细胞类似于哈德利环流，在中高纬度，两极和高纬度之间混合空气。地球自转的影响改变了这幅简单的大气环流图。的科里奥利效应描述了任何在北半球自由运动的物体是如何向右转向的，而在南半球是如何向左转向的。这些影响的组合形成了熟悉的信风，包括东风还有西风带，还有低迷．
海洋和大气一样，受到来自太阳的外部能量的驱动，也在不断地运动。洋流的定义是由风和温盐力控制的水流在常规航线上的运动路径海洋盆地．浅层气流主要是由风驱动的，但由于科里奥利力的作用系统地偏转到北半球大气风向的右边和地球大气风向的左边盛行风在南半球。浅水流因此，风向倾向于与主风向45°左右。
深海洋流主要是由温盐效应驱动的，或者是由温度和盐度的差异驱动的水的运动。温度差异最终是由全球海洋不同地区接收到的不同量的太阳辐射所控制的。大西洋和太平洋盆地在北半球都表现出一般的顺时针旋转，而在南半球则表现出逆时针旋转，在中纬度区域的洋流最强。印度洋的模式大致相似，但由于季风的影响，在季节上有所不同，而且更加复杂。南极洲四面被深水包围，周围有一个主要的顺时针洋流，南极绕极流，位于南纬40°至60°之间。这个强大的当前移动以每秒1.6-5英尺(0.5-1.5米/秒)的速度，在它的顶部有几个主要的环流罗斯冰架靠近南极半岛。北冰洋的格局很复杂，因为它有时被冰覆盖，几乎完全被陆地包围，只有一条主要的进入和逃离路线在格陵兰岛东部，叫做弗拉姆海峡。北冰洋的环流模式主要是由西伯利亚到弗拉姆海峡的缓慢的、每秒0.4-1.6英寸(1-4厘米/秒)的跨极漂移和由温盐引起的反阵挛自旋(称为博福特环流)主导，它导致冰堆积在格陵兰岛和加拿大海岸。北冰洋的这两种效应加在一起，将大量冰山带入北大西洋航道，并将格陵兰岛周围的大部分寒冷深水送入北大西洋盆地。
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