Die Lufttemperatur wird routinemäßig von meteorologischen Messstationen in 2 Meter Höhe über dem Boden gemessen (2m-Temperatur). Das Temperaturprofil, also die Änderung der Temperatur mit der Höhe, gibt Informationen über die atmosphärische Schichtung und wird zum Beispiel bei Radiosondenaufstiegen gemessen. Eine globale Temperaturverteilung kann aus Ergebnissen der Satellitenfernerkundung bestimmt werden.

• Globale aus NCEP Reanalysen
• aus DWD Stationsmessungen
• in verschiedenen Höhen von Wettermasten:
• vom Grenzschichtmessmast Hamburg des MI
• vom Grenzschichtmessmast Lindenberg des DWD
• vom Cesar Observatory (Cabauw, Niederlande)
• von der FINO-I Plattform in der Nordsee (Kontakt: Olaf Outzen, BSH)
• aus Radiosonden- und anderen Messungen von Feldexperimenten des Meteorologischen Instituts in der arktischen Region.
• Globale Temperaturanomalien relativ zu 1961-1990: HadCRUT & CRUTEM 

Der Luftdruck wird routinemäßig in Bodennähe mit stationären Messgeräten gemessen. Dieser gemessene Druck wird üblicher Weise mit der barometrischen Höhenformel in einen Druck auf Meeresniveau umgerechnet der sich für Isobarenkarten eignet. Bei Radiosondenaufstiegen wird ein Druckprofil, der Luftdruck in verschiedenen Höhen, gemessen.

• DWD Stationsmessungen
• Grenzschichtmessmast Hamburg des MI
• Grenzschichtmessmast Lindenberg des DWD
• aus Radiosonden- und anderen Messungen von Feldexperimenten des Meteorologischen Instituts in der arktischen Region.

Der atmosphärische Wind wird gemessen mit verschiedenen Instrumenten zum Beispiel an stationären Messstationen oder Satelliten-Fernerkundung. Standardmäßig interessieren die Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Die Windrichtung wird mit den kartesichen Koordinaten u (Zonal-Komponente) und v (Meridional-Komponente) angegeben, der Betrag des resultierenden Windvektors ist die Windstärke.

• in verschiedenen Höhen an Wettermasten:
• vom Grenzschichtmessmast Hamburg des MI
• vom Grenzschichtmessmast Lindenberg des DWD
• vom Cesar Observatory (Cabauw, Niederlande)
• von der FINO-I Plattform in der Nordsee (Kontakt: Olaf Outzen, BSH)
• DWD Stationsmessungen in Deutschland
• globaler Wind aus Reanalysen, z. B.: NCEP Reanalysen
• global über dem Ozean (QuikSCAT Winde)
• aus Radiosonden- und anderen Messungen von Feldexperimenten des Meteorologischen Instituts in der arktischen Region

Niederschlag ist der Oberbegriff für Regen, Schnee, Hagel, Graupel, Tau und Reif.

• GPCP - globale Niederschläge aus verschiedenen Satellitenmessungen und Stationsdaten
• HOAPS - globale Niederschläge über dem Ozean aus Satellitenmessungen
• GPCC - globale Niederschläge über Land aus Stationsmessungen
• DWD Stationsmessungen - lange Niederschlags-Zeitreihen von Stationen in Deutschland mit Unterscheidung der Niederschlagsart.

Es gibt verschiedene Maße für die Feuchte der Luft: Absolute, relative und spezifische Feuchte, Wasserdampfdruck oder Taupunkttemperatur.

• Feuchte über dem Meer aus Satellitendaten (HOAPS)
  
• Dampfdruck und relative Feuchte in Deutschland von DWD Stationsmessungen
• aus Radiosonden- und anderen Messungen von Feldexperimenten des Meteorologischen Instituts in der arktischen Region.

Wolken gehören neben Temperatur, Wind und Niederschlag zu den uns am geläufigsten atmosphärischen Erscheinungen. Wolken bestehen aus kondensiertem Wasserdampf und/oder Eispartikeln. Je nach vertikaler Mächtigkeit und Entstehungsart verdecken Wolken partiell bis komplett die Sonne und verursachen mehr oder weniger Niederschlag in verschiedensten Ausprägungen. Wolken sind von eminenter Bedeutung für den kurz- und lang-welligen Strahlungshaushalt der Erdoberfläche und für die Gesamtstrahlungsbilanz der Erde. Eine Wolkendecke kann "wärmen", z. B. im Winter, wenn sie die Ausstrahlung des Bodens vermindert. Eine Wolkendecke kann "kühlen", z. B. im Sommer, wenn sie die kurzwellige solare Einstrahlung vermindert.

Dank der verschiedensten Formen und Ausprägungen (aufgetürmt oder flach, dick oder dünn, dicht oder offen) die Wolken haben können, sind sie extrem schwer systematisch zu erfassen. Verschiedene Wolkenstockwerke beinhalten verschiedene Konzentrationen und typische Größenverteilungen von Wolkentröpfchen und/oder Eispartikeln. Vom Erdboden sieht man i.d.R. nur die Wolkenunterseite, vom Satellit aus nur die Wolkenoberseite. Je nach verwendeter Frequenz eines Fernerkundungssensors kann man aber verschieden "tief" in eine Wolke hinein sehen bzw. sogar durch sie hindurch sehen.

Abbildende Sensoren, wie z. B. das Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR), das Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), oder die "klassischen" geostationären Wettersatelliten: Meteosat, eignen sich gut, um die Wolkenbedeckung abzuleiten - vorausgesetzt, dass der Kontrast zwischen Wolken und Erdoberfläche hinreichend groß ist. Das gilt sowohl im optischen Spektralbereich (nur geeignet unter Tageslichtbedingungen) als auch im infraroten Spektralbereich: Eine Wolke mit einer Albedo oder Oberflächentemperatur ähnlich der der Erdoberfläche kann nicht erkannt werden.

Profilgebende Sensoren tasten die Wolken in ihrer vertikalen Struktur ab und reagieren z. B. auf Änderungen der Wolkenzusammensetzung (flüssig --> fest), der Tröpfchengrößenverteilung und der vertikalen Wolkenwassergehaltverteilung. Derartige Sensoren arbeiten im infraroten Spektralbereich wie der Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) und das Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI). Aktive profilgebende Sensoren wie das CALIPSO Lidar und das CloudSat radar haben in den letzten Jahren große Fortschritte im Monitoring der Wolkenvertikalstruktur erlaubt

Mehr Information über derzeit verwendete Sensoren zur Wolkenfernerkundung und deren Möglichkeiten und Limitierungen sind im einem Dokument des GEWEX Radiation Panel zum Wolkenqualitätsassessment (vorläufig) zusammengestellt.

• Wolkenbedeckung aus CALIPSO/CloudSat Daten

Um die Sonnenstrahlung zu erfassen, wird sowohl die Sonnenscheindauer in Stunden (h) als auch die Intensität der Einstrahlung in Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen.

• Summe der Sonnenscheindauer aus DWD Stationsmessungen