thumb|Typisk utstyr på en meteorologisk stasjon, her fra Ny-Ålesund. Nedbørsmåler til venstre og termometerhytte til høyre. Målingene som tas er typisk av temperatur, atmosfærisk trykk, luftfuktighet, vindhastighet, vindretning og nedbørsmengde. Måling av disse parametrene over mange år gir grunnlag for å si noe om klimaet på stedet. Klima er typisk værmønster på et sted, basert på statistikk over været, vanligvis over et 30-års intervall. Det måles ved å evaluere mønstre av variasjon i temperatur, luftfuktighet, lufttrykk, vind, nedbør, partikkelmengden i atmosfæren og andre meteorologiske variabler i et gitt område over lang tid. Klima er forskjellig fra vær, i og med at været bare beskriver kortvarige forhold for disse variablene i en gitt region. De komplekse matematiske modellene som brukes for å beskrive klima og klimaendringer, tar hensyn til både naturlige og menneskeskapte påvirkninger, blant annet klimagasser og arealendringer. Ingen klimamodeller kan forklare temperaturendringene vi har sett over tid uten å ta hensyn til klimagassutslipp.
Klimaet i en region genereres av klimasystemet, som har fem komponenter: atmosfære, hydrosfære, kryosfære, litosfære og biosfære.
Klimaet avhenger av breddegrad, terreng, og høyde over havet, samt nærliggende vannmasser og vassdrag. Klima kan bli klassifisert i henhold til gjennomsnittlige og typiske intervaller for ulike variabler, som oftest temperatur og nedbør. Det mest brukte systemet er Köppens klimaklassifisering. Et annet system, Thornthwaites klimaklassifisering, har vært i bruk siden 1948, og tar hensyn til data vedrørende evapotranspirasjon, sammen med temperatur og nedbør. Dette systemet benyttes for å studere det biologiske mangfoldet og hvordan klimaendringene påvirker det. Bergerons romlige synoptiske klassifiseringssystem har fokus på opprinnelsen til luftmassene som definerer klimaet i en region.
Paleoklimatologi er studiet av klimaet i tidligere tider. Siden direkte observasjoner av klimaet ikke er tilgjengelige fra før målingene begynte på 1800-tallet, blir paleoklima avledet fra ikke-biotiske (som ikke inneholder biologisk materiale) proxyverdier, for eksempel sedimenter i bunnen av innsjøer og iskjerner fra isbreer eller polområdene, og biotiske faktorer, for eksempel treringer og koraller. Klimamodeller er matematiske modeller av tidligere, nåværende og fremtidig klima. Klimaendringer kan oppstå over lange og korte tidsperioder bestemt ut fra en rekke faktorer; den nåværende omtales som global oppvarming.
Definisjon Klima (av gresk κλίμα, «skråning», «helling», brukt av oldtidens geografer om solstrålenes helling som avgjør dagens lengde i ulike strøk«Klima», Familieboka (s. 228), 4. utgave, Aschehoug, Oslo 1974)
Klima er i Meteorologisk institutts meteorologileksikon omtalt som «været over tid». Leksikonet skriver videre: «Klimaet beskrives best ved hjelp av statistisk informasjon som er beregnet på grunnlag av meteorologiske observasjoner over så lang tid at de enkelte værsituasjonene ikke i vesentlig grad påvirker resultatene, ofte brukes 30-års perioder. Det vanligste er å bestemme normaler og å sammenligne dagens vær og observasjoner i forhold til disse normalene. Men klimaet kan også beskrives over kortere tidsrom, sånn som de siste 30 døgn, eller siste år osv. Man sammenligner verdier fra de ulike periodene for å beskrive om været har vært normalt eller ikke. Til sammen gir normaler, variasjoner, ekstreme verdier og annen klimainformasjon en systematisk statistisk beskrivelse av værforholdene på et sted.»Meteorologileksikonet om klima på Meteorologisk institutts nettsted; besøkt 25. juli 2017.
FNs klimapanel har i sin ordliste fra 2013 følgende definisjon:
Forholdet mellom klima og vær blir i blant oppsummert i uttrykket «Klimaet er det du forventer, været er det du får».
Klimanormaler Verdens meteorologiorganisasjon (WMO) beskriver klimanormaler som «referansepunkter som brukes av klimatologer for å sammenligne dagens klimatologiske trender med fortidens eller det som regnes som 'normalt'. En normal er definert som det aritmetiske gjennomsnitt av et klimaelement (for eksempel temperatur) over en 30-års periode. En 30-års periode brukes fordi dette er lenge nok til å filtrere ut årlige variasjoner eller avvik, men også kort nok til å kunne vise klimatisk utvikling over lengre tid.»
Den internasjonale meteorologiske organisasjon, WMOs forløper, nedsatte i 1929 en teknisk kommisjon for klimatologi. På et møte i Wiesbaden i 1934 fastsatte denne kommisjonen at trettiårsperioden fra 1901 til 1930 skulle være referanseramme for klimatologiske standard normalperioder. I 1960 vedtok kommisjonen (nå under WMO) en ny normalperiode, 1931–1960. I 1982 ble det enighet om jevnlig oppdatering av klimanormalene for nye trettiårsperioder. Dagens klimanormaler er dermed basert på klimadata fra 1961 til og med 1990. Neste periode vil være 1991–2020. Imidlertid kan både teknologisk utvikling og klimaendringer føre til at det anses hensiktsmessig å beregne mer uoffisielle normalverdier for ulike værelementer og stasjoner før gjeldende periode er omme.Meteorologileksikonet om normalperioder på Meteorologisk institutts nettsted; besøkt 26. juli 2017.
Forhold som påvirker klimaet Klimasystemet er svært komplekst og består av fem hovedkomponenter: atmosfæren, hydrosfæren, kryosfæren, litosfæren og biosfæren – og samspillet mellom disse. Klimasystemet endrer seg over tid. Dels skyldes det systemets egen indre dynamikk, dels eksterne pådriv. Disse pådrivene kan være naturskapte, som vulkanutbrudd og variasjoner i solinnstråling. De kan også være menneskeskapte, og eksempler på dette er en del endringer i atmosfærens sammensetning og endret arealbruk på kloden.FNs klimapanels femte hovedrapport (AR 5), synteserapportens annex II (Glossary), Geneve 2014, side 121.
Solens posisjon på himmelen er avgjørende for hvor mye varme som tilføres jordoverflaten og atmosfæren. Dermed er breddegraden den viktigste faktoren for et steds klima. Svært skjematisk kan en derfor dele inn jorden i soner. Skillet mellom sonene er vendesirklene og polarsirklene. Slik får vi én sone med tropisk klima («uten vinter»), en nordlig og en sørlig sone med temperert klima og endelig en nordlig og en sørlig sone med polart klima («uten sommer»). I praksis er dette mer komplisert, blant annet på grunn av jordens varierende overflate.
Faktorene som styrer klimaet et gitt sted, er i stor grad de samme som styrer det daglige været. I hovedsak er dette stedets breddegrad, høyden over havet, geografisk plassering i forhold til hav og land, fjellkjeder, havstrømmer og rådende vinder. Mange av disse faktorene er nærmest konstante og endres bare ved grunnleggende geologiske prosesser som går over perioder på millioner av år (platetektonikk). Andre påvirkningsfaktorer er noe mindre stabile, for eksempel den termohaline sirkulasjonen i verdenshavene (som har blitt endret ved Dansgaard-Oeschger-hendelser og Heinrich-hendelser).Stefan Rahmstorf: «Thermohaline Ocean Circulation », i S.A. Elias (red.): Encyclopedia of Quaternary Sciences, Amsterdam 2006.
Den store temperaturforskjellen mellom polene og ekvator, og mellom hav og land skaper et sirkulasjonsmønster, en snakker derfor om vestavindbeltet, passatvinder og monsuner. Fjellkjeder og innlandsiser gir igjen endringer av dette. En har også sterke vinder i høyere lag av atmosfæren, de såkalte jetstrømmer. Når det gjelder fuktighet er fordampning fra havet til atmosfæren den viktigste kilden, og denne faller som nedbør etter kort tid. Herskende vindretning og avstand fra havet er avgjørende for hvor mye nedbør et område får.
Tettheten og typen vegetasjonsdekning påvirker absorpsjon av solvarme,Gertjan de Werk and Karel Mulder. vannmagasinering og nedbør på regionalt nivå. Endringer i mengden av atmosfæriske klimagasser bestemmer mengden av solenergi som akkumuleres av planeten og som fører til global oppvarming eller global nedkjøling. Variablene som bestemmer klimaet er mange og har komplekse interaksjoner, men det er generell enighet om at de store linjene uansett er forstått, i hvert fall i den grad de er bestemmende for historiske klimaendringer.
Klimaklassifisering Kompleksiteten i klimasystemet, der de ulike driverne samvirker på et utall av måter, gjør at det knapt finnes to steder på kloden med nøyaktig samme klima. For praktisk og vitenskapelig bruk må en derfor slå sammen områder med likheter til såkalte klimaregioner. Det er opp gjennom tidene utviklet tallrike klassifiseringssystemer, og disse har alle sine styrker og svakheter. Valg av system avhenger derfor av hensikten med arbeidet.
Klassifiseringer knyttet til vegetasjon og plantevekst Det finnes flere klimaklassifikasjoner som baserer seg på plantevekst eller vegetasjonsgrupper. Disse forholder seg stort sett til to hovedkriterier – tørrhet (ariditet) og varme. Høy tørrhet er her ikke det samme som lite nedbør. Det er tale om «effektiv nedbør», det vil si nedbør minus fordampning. Ettersom høyere temperatur gir større fordamnping, kan forholdet mellom nedbør og temperatur brukes som et mål på nedbøreffektivitet.Roger G. Barry og Richard J. Chorley: Atmosphere, weather and climate (6. utgave), Routledge, London og New York 1992, ISBN 0415077605, side 336.
Lang-indeksen (utviklet av den tyske geologen Richard Lang (1882–1935) i 1915) er et eksempel på dette: forholdet mellom gjennomsnittlig årlig nedbør (i millimeter) og årsmiddeltemperatur (i grader celsius). Er indeksen under 40, betegnes området som tørt (arid). Er den over 160, er området hyperfuktig (perhumid).Barry og Chorley, side 336.
Köppens klimaklassifisering + Köppens klimaklassifiseringssystem med symboler for første, andre og tredje bokstav. (direct: Final Revised Paper)miniatyr 1. 2. 3. Beskrivelse A f Tropisk Regnskog m Monsun w Savanne, våt s Savanne, tørr B W Tørt Ørken S Steppe h Varmt k Kaldt n Mildt C s Temperert Tørr sommer w Tørr vinter f Uten tørr årstid a Varm sommer b Varm sommer c Kald sommer D s Kald (kontinental) Tørr sommer w Tørr vinter f Uten tørr årstid a Varm sommer b Varm sommer c Kald sommer d Meget kald vinter E T Polar Tundra F Evig vinter (iskappe)
høyre|miniatyr|Månedlige gjennomsnittlige overflatetemperaturer fra 1961 til 1990. Dette er et eksempel på hvordan klimaet varierer med beliggenhet og sesong.
høyre|miniatyr|Månedlige globale bilder fra NASA Earth Observatory (interaktive SVG)
Den tysk-russiske meteorologen Vladimir Köppen (1846–1940) er den som har utviklet de mest brukte av de vegetasjonsbaserte klimaklassifiseringene. Mellom 1900 og 1936 publiserte han flere arbeider med stadig mer detaljerte og komplekse inndelinger av klimaet.
Köppens klimaklassifisering avhenger av gjennomsnittlige månedlige verdier for temperatur og nedbør. Den mest brukte formen av Köppens klimaklassifisering har fem primære typer merket A til E. Disse er:Som norske klimabetegnelser er her brukt de samme som i Aschehoug og Gyldendals store norske leksikon, bind 8, side 607, Kunnskapsforlaget 1997. A for tropisk regnklima B for tørt klima (ørken- og steppeklima) C for temperert regnklima (varmtemperert klima) D for snø-skog-klima (kaldtemperert klima, borealt klima) E for polarklima
I tillegg brukes bokstav H for klimaet i høyfjellsregioner.
Disse fem kan videre deles inn i underkategorier, som: A: regnskog (Af), monsun (Am), savanne (Aw) B: steppe (BS), ørken (BW) C: vintertørt klima (Cw), sommertørt klima (middelhavklima) (Cs), klima uten tørkeperiode (Cf) D: vintertørt klima (Dw), klima uten tørkeperiode (Df) E: tundraklima (ET), glasialklima (EF)