國際上已經有超過20個組織和團體在世界不同的地方研究紅色精靈這一現象，除著名的NASA和明尼蘇達大學外位於美國科羅拉多州的Sky-Fire公司在大氣物理研究和對紅色精靈的研究也卓有成就，Sky-Fire公司對紅色精靈和藍色噴流有著大量和細致的研究，並且也有專門的人員負責調查和收集世界各地關於紅色精靈和藍色噴流方麵的資料.目前，在我國台灣省也有一支由成功大學物理係和其它學術團體組成的紅色精靈研究團隊，在高空大氣閃電的研究方麵也有很大的成就。
5．錮囚鋒
暖氣團、較冷氣團和更冷氣團相遇時先構成兩個鋒麵，然後其中一個鋒麵追上另一個鋒麵，即形成錮囚鋒。我國常見的是鋒麵受山脈阻擋所形成的地形錮囚；或冷鋒追上暖鋒，或兩條冷鋒迎麵相遇形成的錮囚。它們迫使冷鋒前的暖空氣抬離地麵，錮囚到高空。我們將冷鋒後部冷氣團與鋒麵前麵冷氣團的交界麵稱為錮囚鋒.當冷鋒追趕上暖鋒，這就形成錮囚鋒.在出現衛星雲圖前，錮囚鋒很難確定。錮囚鋒衛星雲圖上有清楚的表現。
氣象學家對鋒的理論研究成熟於20世紀初期，他們認為大氣中最激烈的天氣不是發生在冷暖氣團中，而是發生在冷暖氣團的交界麵上。氣象學家對鋒是這樣定義的：冷、暖氣團在空間相遇，它們之間氣象要素不連續的狹窄過渡區叫做鋒。其交界麵稱為鋒麵，鋒麵與地麵的交線叫鋒線。實際工作中，將鋒麵與鋒線統稱為鋒。鋒在空間的狀態總是傾斜的，而且斜向冷氣團一方，鋒的上麵是暖空氣，下麵為冷空氣。鋒線長度為幾百到幾千千米，近地麵的水平寬度約幾十千米，在高空可達200～400千米以上，垂直厚度幾百米到一、二千米。
錮囚鋒形成主要有三種情況：由鋒麵受山脈阻擋形成的地形錮囚；兩條冷鋒迎麵相遇；溫帶氣旋中冷鋒追上暖鋒；這幾種情況下，冷鋒前的暖空氣都被抬離地麵，錮囚到高空。因此把冷鋒後麵的冷氣團和暖鋒前麵冷氣團的交界麵稱為錮囚鋒。
鋒有多種分類方法，最常用的還是按照鋒的移動情況分為冷鋒、暖鋒、準靜止風和錮囚風四種。
錮囚鋒分為三種：暖式錮囚鋒，暖鋒前的冷氣團比冷鋒後的冷氣團更冷；冷式錮囚鋒，冷鋒後的冷氣團比暖鋒前的冷氣團更冷；中性錮囚鋒，錮囚風前後的氣團屬性差別不大。
中國東北地區是錮囚鋒活動最多的地區，其多數是從蒙古和俄羅斯貝加爾湖一帶移來。中歐地區錮囚鋒也較為常見。錮囚鋒雲係特點：
1．錮囚鋒雲係表現為一條寬約300公裏、從暖區頂端出發按螺旋方式旋向渦旋中心的雲帶，螺旋雲係中必與大氣環流中心重合。
2．錮囚鋒雲係的後部，由於冷空氣侵入，形成雲帶後界整齊光滑，象舌一樣的黑色無雲區，稱做幹舌。幹舌的形狀和範圍常表示冷空氣的活動情況。
3.錮囚鋒雲帶常表現為沿螺旋雲帶越往中心去的色調越變暗，螺旋中心處雲高度最低。
一般說來，錮囚鋒附近盛行惡劣天氣，降水區位於鋒麵附近到700hPa槽線之間。
錮囚鋒與梅雨天氣：錮囚鋒具有冷暖鋒的特點，鋒麵過境時，兩側均為降水區，先是暖鋒雲係和連續性降水，而後轉為冷鋒雲係和陣性降水。影響我國的鋒麵天氣主要有冷鋒天氣和準靜止天氣。冷鋒幾乎全年都有，多來自俄羅斯、蒙古，夏天，冷鋒隻到達黃河流域，冬天，冷鋒還時常南下，影響到華南地區。準靜止鋒每年春夏之交出現在我國長江中下遊、黃海南部到日本一帶，這些地區多形成梅雨天氣。說到梅雨天氣還有一段有趣的來曆。
我國長江中下遊至日本南部一帶，在春夏之交，常常出現濕熱陰雨天氣，這時正值江南地區梅樹的果實――梅子黃熟季節，故叫做梅雨或黃梅雨，又因為該時期家中器物容易發黴，也稱為黴雨，其英文名稱為“Plumrain”。其實，梅雨一詞在古代就有了，公元6世紀中期，我國梁代《篡要》中稱“梅熟而雨曰梅雨”。唐代柳宗元在《梅雨》中寫道：“梅實迎時雨，蒼茫值晚春”。宋代大文豪蘇東坡也有“三時已斷黃梅雨，萬裏初來舶棹風”的詩句，把梅雨季節的時間和東南季風的關係描寫得惟妙惟肖。梅雨一般在6月上旬開始，開始的日期叫做入梅或主梅；7月下旬結束，結束的日子叫出梅或斷梅，曆時一個月左右。這段時期稱作“梅雨期”。受氣候影響，每年的入梅和出梅日期一般不相同。據統計，在長江中下遊，20世紀50年代，平均在6月10日入梅，7月12日出梅，梅雨期33天；20世紀60年代，平均入梅日期為6月17日，出梅日期為7月6日，梅雨期為20天；少數年份可能不會出現梅雨，此時叫做空梅。
為什麼在梅子黃熟季節陰雨綿綿呢？每年六七月間，南方天氣變暖，濕暖的空氣向北移動，遇上北方南下的冷空氣，冷空氣和暖空氣相互碰撞，勢均力敵，互為中和，便在長江中下遊至日本一帶形成一條準靜止鋒或緩慢移動的冷鋒，造成江淮地區連續不斷的低溫、潮濕和陰雨天氣。大約經過一個月的時間，南方的暖空氣逐漸強大，就把來自北方的越來越弱的冷空氣遠遠推向北方，這時梅雨季節就過去了，天氣也就放晴了。梅雨天氣時，經常出現多雲、多雨、多霧、多雷暴等現象，在我國東海、黃海至日本南部海域的梅雨鋒帶上，能見度很低，還經常出現鋒麵氣旋，使海麵刮起大風，影響到艦船航行的安全。
6．大氣遙感
大氣不僅本身能夠發射各種頻率的流體力學波和電磁波，而且，當這些波在大氣中傳播時，會發生折射、散射、吸收、頻散等經典物理或量子物理效應。由於這些作用，當大氣成分的濃度、氣溫、氣壓、氣流、雲霧和降水等大氣狀態改變時，波信號的頻譜、相位、振幅和偏振度等物理特征就發生各種特定的變化，從而儲存了豐富的大氣信息，向遠處傳送。這樣的波稱為大氣信號。研製能夠發射、接收、分析並顯示各種大氣信號物理特征的實驗設備，建立從大氣信號物理特征中提取大氣信息的理論和方法，即反演理論，是大氣遙感研究的基本任務。為此，必須應用紅外、微波、激光、聲學和電子計算機等一係列的新技術成果，揭示大氣信號在大氣中形成和傳播的物理機製和規律，區別不同大氣狀態下的大氣信號特征，確立描述大氣信號物理特征與大氣成分濃度、運動狀態和氣象要素等空間分布之間定量關係的大氣遙感方程。這些理論既涉及力學和電磁學等物理學問題，又和大氣動力學、大氣湍流、大氣光學、大氣輻射學、雲和降水物理學和大氣電學等大氣物理學問題有密切的聯係。
簡史大氣遙感研究開始於20世紀20年代，應用吸收光譜定量分析理論和實驗技術，在地麵觀測透過大氣層的太陽紫外和近紅外光譜的輻射信號，推算出大氣層內臭氧和水汽的總含量。到40年代中期，用於軍事偵察的微波雷達發現了來自雲雨的回波信號。進一步研究表明，回波強度和降水強度密切相關。由此氣象雷達獲得迅速發展，成為探測降水、監測台風和風暴等災害性天氣的有效手段。60年代以後，紅外、微波、激光、聲學和電子計算機等新技術蓬勃發展，對大氣信號的認識遍及聲波、紫外、可見光、紅外、微波、無線電波等波段，形成了聲波大氣遙感、光學大氣遙感、激光大氣遙感、紅外大氣遙感、微波大氣遙感等各個分支。大氣遙感被廣泛應用於氣象衛星、空間實驗室、飛機和地麵氣象觀測，成為氣象觀測中具有廣闊發展前景的重要領域。
大氣遙感分為被動式大氣遙感和主動式大氣遙感兩大類。被動式大氣遙感它是利用大氣本身發射的輻射或其他自然輻射源發射的輻射同大氣相互作用的物理效應，進行大氣探測的方法和技術。這些輻射源是：
1．星光以及太陽的紫外、可見光和紅外輻射信號。
2．鋒麵、台風、冰雹雲、龍卷等天氣係統中大氣運動和雷電等所激發的重力波、次聲波和聲波（見大氣聲學）輻射信號，其頻率範圍為10-4～104赫。
3．大氣本身發射的熱輻射信號，主要是大氣中二氧化碳在4.3微米和1.5微米吸收帶的紅外輻射；水汽在6.3微米和大於18微米吸收帶的紅外輻射，以及在0.164厘米和1.35厘米吸收帶的微波輻射；臭氧在9.6微米吸收帶的紅外輻射和氧在0.5厘米吸收帶的微波輻射等。
4．大氣中閃電過程以及雲中帶電水滴運動、碰並、破碎和冰晶化（見雲和降水微物理學）過程所激發的無線電波信號，其頻率範圍為100～109赫。被動式大氣遙感探測係統主要由信號接收、分析和結果顯示等3部分所組成。由於這種遙感不需要信號發射設備，探測係統的體積、重量和功耗都大為減小。被動式大氣遙感技術從60年代開始即用於氣象衛星探測，獲得了大氣溫度、水汽、臭氧、雲和降水、雷電、地-氣係統輻射收支等全球觀測資料。但是，被動式大氣遙感係統探測器所接收到的，是探測器視野內整層大氣的大氣信號的積分總效應，要從中足夠精確地反演出某層大氣成分或氣象要素鉛直分布（廓線）的精細結構還很困難。比較成功的方法有2種：一種是頻譜法，即觀測分析大氣信號的頻譜，以反演大氣成分和氣象要素廓線；另一種是掃角法，即觀測大氣信號某一物理特征在沿探測器不同方位視野上的分布，以反演大氣成分和氣象要素的廓線。
主動式大氣遙感它是由人采用多種手段向大氣發射各種頻率的高功率的波信號，然後接收、分析並顯示被大氣反射回來的回波信號，從中提取大氣成分和氣象要素的信息的方法和技術。主動式大氣遙感有聲雷達、氣象激光雷達、微波氣象雷達和甚高頻和超高頻多普勒雷達等。這些雷達都能發射很窄的脈衝信號。激光氣象雷達發射的光脈衝寬度隻有10納秒左右，利用它探測大氣，空間分辨率可高達1米左右。此外，雷達脈衝信號發射的重複頻率，已經高達104赫以上，應用信號檢測理論和技術，可以有效地提高探測精度和距離。在量子無線電物理和技術發展以後，雷達能夠發射頻率十分單一、穩定且時空相幹性非常好的波信號。由此產生的大氣信號回波的多普勒頻譜結構非常精細，從中可以精確地分析出風、湍流、溫度等氣象信息。這些都是主動式大氣遙感的突出優點，但由於增加了高功率的信號發射設備，探測係統的體積、重量和功耗比被動式大氣遙感要增加幾十倍以上，因此較多地應用於地麵大氣探測和飛機探測。它可提供從幾公裏到幾百公裏範圍內大氣的溫度、濕度、氣壓、風、雲和降水、雷電、大氣水平和斜視能見度、大氣湍流、大氣微量氣體的成分等分布的探測資料，是研究中小尺度天氣係統結構和環境監測的有效手段。隨著空間實驗室、航天飛機等空間技術的發展，主動式大氣遙感應用於空間大氣探測的現實性也愈來愈大。
7．電離層
地球大氣的一個電離區域。60千米以上的整個地球大氣層都處於部分電離或完全電離的狀態，電離層是部分電離的大氣區域，完全電離的大氣區域稱磁層。也有人把整個電離的大氣稱為電離層，這樣就把磁層看作電離層的一部分。除地球外，金星、火星和木星都有電離層，土星、天王星、海王星和冥王星的電離層結構，有待進一步探測研究。
為解釋地磁場的變化，19世紀時，C.F.高斯和開爾文等提出高空存在導電層的設想。1924年，SirE.V.阿普爾頓等通過對無線電波回波的接收，證實了電離層的存在。R.A.沃森-瓦特於1926年首先提出“電離層”這一名稱。1925年，G.布雷特和M.A.圖夫發明的電離層垂直探測儀，是地麵探測電離層的基本設備，為後來積累了大量的實測資料，為電離層研究起了重要的作用。1949年首次在V-2火箭上安裝朗繆爾探針直接探測電離層，開創了直接探測的先例。1925～1932年，阿普爾頓和D.R.哈特裏等人創立的磁離子理論，為研究電波在電離層中的傳播奠定了理論基礎。1931年，S.查普曼提出電離層形成理論，極大地推動了電離層的研究。電離層研究極大地促進了短波通信的發展。
電離層的形成：地球高層大氣的分子和原子，在太陽紫外線、Χ射線和高能粒子的作用下電離，產生自由電子和(正、負)離子，形成等離子體區域即電離層。電離層從宏觀上呈現中性。電離層的變化，主要表現為電子密度隨時間的變化。而電子密度達到平衡的條件，主要取決於電子生成率和電子消失率。電子生成率是指中性氣體吸收太陽輻射能發生電離，在單位體積內每秒鍾所產生的電子數。電子消失率是指當不考慮電子的漂移運動時，單位體積內每秒鍾所消失的電子數。帶電粒子通過碰撞等過程又產生複合，使電子和離子的數目減少；帶電粒子的漂移和其他運動也可使電子或離子密度發生變化。
電離層結構：可用電離層特性參量電子密度、離子密度、電子溫度、離子溫度等的空間分布來表征。但其研究主要是電子密度隨高度的分布。電子密度（或稱電子濃度）是指單位體積的自由電子數。電子密度隨高度的變化與各高度上大氣成分、大氣密度以及太陽輻射通量等因素有關。
電離層在垂直方向上呈分層結構，一般劃分為D層、E層和F層，F層又分為F1層和F2層。最大電子密度約為106厘米-3，大約位於300千米高度附近。除正規層次外，電離層區域還存在不均勻結構，如偶發E層（Es）和擴展F。偶發E層較常見，是出現於E層區域的不均勻結構。厚度從幾百米至一二千米，水平延伸一般為0.1～10千米，高度大約在110千米處，最大電子密度可達106厘米-3。擴展F是一種出現於F層的不均勻結構，在赤道地區，常沿地磁方向延伸，分布於250～1000千米或更高的電離層區域。
電離層分層結構隻是電離層狀態的理想描述，實際上電離層總是隨緯度、經度呈現複雜的空間變化，並且具有晝夜、季節、年、太陽黑子周等變化。由於電離層各層的化學結構、熱結構不同，各層的形態變化也不盡相同。
太陽擾動以及其他原因導致對電離層正常狀態的顯著偏離。太陽擾動引起的電離層騷擾主要有電離層突然騷擾、電離層暴、極蓋吸收、極光帶吸收等。人為因素如核爆炸、大功率發射機對電離層加熱也能引起電離層騷擾。電離層騷擾對無線電波傳播會產生嚴重影響。
1．電離層突然騷擾。太陽色球在耀斑爆發期間發出強烈的紫外線和Χ射線輻射，使D層的電子密度突然增大，對通訊造成嚴重影響，甚至中斷。突然騷擾持續時間一般為幾分鍾至幾小時。
2．電離層暴。F2層狀態的異常變化。
3．極蓋吸收。在強烈的太陽耀斑爆發時，由太陽噴射出來的高能質子流沿地磁力線沉降到極蓋區上空，使D層的電離急劇增大，以至通過該區的無線電波被強烈吸收，常造成無線電通訊中斷。
4．極光帶吸收。來自太陽擾動區的高能電子和質子沉降到極區上空，使極光帶低電離層的電離增強，以至通過該區域的電磁波被強烈吸收。極光帶吸收甚至使電波訊號中斷。
電離層對電波傳播的影響與人類活動密切相關，如無線電通訊、廣播、無線電導航、雷達定位等。受電離層影響的波段從極低頻(ELF)直至甚高頻(VHF)，但影響最大的是中波和短波段。電離層作為一種傳播介質使電波受折射、反射、散射並被吸收而損失部分能量於傳播介質中。3～30兆赫為短波段，它是實現電離層遠距離通訊和廣播的最適當波段，在正常的電離層狀態下，它正好對應於最低可用頻率和最高可用頻率之間。但由於多徑效應，信號衰落較大；電離層暴和電離層突然騷擾，對電離層通訊和廣播可能造成嚴重影響，甚至訊號中斷。300千赫至3兆赫為中波段，廣泛用於近距離通訊和廣播。
8．大氣輻射
大氣吸收地麵長波輻射的同時，又以輻射的方式向外放射能量。大氣這種向外放射能量的方式，稱為大氣輻射。由於大氣本身的溫度也低，放射的輻射能的波長較長，故也稱為大氣長波輻射。
大氣輻射的方向既有向上的，也有向下的。大氣輻射中向下的那一部分，剛好和地麵輻射的方向相反，所以稱為大氣逆輻射。大氣逆輻射是地麵獲得熱量的重要來源。由於大氣逆輻射的存在，使地麵實際損失的熱量比地麵以長波輻射放出的熱量少一些，大氣的這種保溫作用稱為大氣的溫室效應。這種大氣的保溫作用使近地表的氣溫提高了約18℃。月球則因為沒有象地球這樣的大氣，因而，致使它表麵的溫度晝夜變化劇烈，白天表麵溫度可達127℃，夜間可降至-183℃。
9．大氣湍流
大氣湍流是大氣中的一種重要運動形式，它的存在使大氣中的動量、熱量、水氣和汙染物的垂直和水平交換作用明顯增強，遠大於分子運動的交換強度。大氣湍流的存在同時對光波、聲波和電磁波在大氣中的傳播產生一定的幹擾作用。
在大氣運動過程中，在其平均風速和風向上疊加的各種尺度的無規則漲落。這種現象同時在溫度、濕度以及其他要素上表現出來。大氣湍流最常發生的3個區域是：大氣底層的邊界層內；對流雲的雲體內部；大氣對流層上部的西風急流區內。