جو زمین یک سیستم پیچیده است که عوامل مختلفی در آن دخالت دارند. امروزه فناوری‌های فضایی، جمع‌آوری داده‌های متنوع از جو زمین را به سادگی ممکن ساخته‌اند. ماهواره‌ها به طور مرتب وضعیت هوا و تاثیر شرایط طبیعی و آلودگی‌های ناشی از زندگی انسان بر این هوا را زیر نظر دارند. بدون این فناوری‌ها نمی‌توانستیم به یک تصویر کلی از تغییرات آب و هوایی زمین دست یابیم.
اندازه‌گیری میزان آلودگی واقعی در جو زمین از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا طبق گزارش اخیر سازمان بهداشت جهانی (WHO) از هر هشت مرگی که در سراسر جهان رخ می‌دهد، یکی در اثر آلودگی هواست.
برای تشخیص تمامی ترکیبات شیمیایی موجود در جو زمین، دانشمندان داده‌ها را با استفاده از دستگاه‌های تجزیه و تحلیل ذرات جامد معلق در هوا، طیف سنج‌ها و ماهواره جمع آوری می‌کنند.
در ایستگاه‌های اندازه‌گیری روی سطح زمین، ابزارهای مختلفی برای بررسی آلاینده‌های موجود در هوا وجود دارد. همچنین در رصدخانه‌ها، نور خورشید به اجزای طیفی‌اش تجزیه و تحلیل می‌شود تا مقادیر بسیار کم مواد آلاینده آشکار شود.
اندازه‌گیری‌های ماهواره‌ای، اطلاعاتی درباره تصویر جهانی و وضعیت محلی آب و هوا در نقاط مختلف کره زمین به دست می‌دهد که نشان دهنده تاثیرات تغییرات آب و هوایی، واکنش‌های شیمیایی در جو زمین و گازهای منتشر شده در اثر فعالیت‌های انسان است.
علاوه بر این، شناخت جریان‌های معروف به جریان‌های سطحی و یافتن منبع آلودگی‌ها با توجه به جابه‌جایی هوا در اثر باد از اهداف دیگر مورد نظر دانشمندان است که توسط ماهواره‌ها محقق می‌شود.
تحقیقات نشان می‌دهد بین افزایش میزان گازهای گلخانه‌ای موجود در اتمسفر با گرم شدن کره زمین ارتباط مستقیمی وجود دارد. زمین مقداری از انرژی خورشید را جذب و باقی آن را (عمدتاً در محدوده فروسرخ) منعکس می‌کند.
گازهای گلخانه‌ای، بسیار بیشتر از سایر گازها این تابش خروجی را جذب می‌کنند و با برهم زدن تعادل بین انرژی ورودی و خروجی زمین باعث افزایش دمای نواحی مختلف و آسیب پذیری محیط زیست می شوند.
دی اکسید کربن مهم‌ترین گاز گلخانه‌ای است که به دلیل نیاز بشر به انرژی و مصرف انواع سوخت‌های فسیلی در حجم زیاد تولید می‌شود. طی ۱۰۰ سال گذشته، کره زمین به طور غیرطبیعی حدود ۰٫۷۴ درجه سانتیگراد گرم‌تر شده و گفته می‌شود گرم‌شدن کره زمین تا ۱۰۰ سال دیگر باعث خشکسالی شدید، گرمای سوزان و توفان‌های وحشتناک خواهد شد.
همچنین در طی ۲۰ سال گذشته حجم و مساحت یخچال‌های طبیعی مرتبا کاهش یافته است که دلیل این موضوع تاثیر مستقیم گازهای گلخانه ای در سطح جو زمین است.
روند گرم شدن زمین بین سال‌های ۱۸۵۰ تا ۲۰۰۶
این موضوع نشان می‌دهد که برای مقابله با تأثیرات شدید تغییرات آب و هوایی و اتخاذ سیاست‌های درست به بررسی‌های بنیادین نیازمند هستیم. محققان به وسیله ماهواره‌های سنجش از دور یخچال‌ها را زیر نظر دارند چرا که اندازه‌گیری ماهواره‌ای از نظر مقیاس و گستردگی، محدودیت اندازه‌گیری‌های روی سطح زمین را ندارد و ماهواره‌های سنجش‌از‌دور به دانشمندان امکان می‌دهند تا از نقاط دورافتاده و غیر قابل دسترس زمین داده دریافت کنند.
همچنین، تصاویر جدید ماهواره‌ای تفکیک‌پذیری بالاتری دارند و علاوه بر اندازه‌گیری جرم یخچال، می‌توانند نواحی دارای ضخامت کمتر و عقب نشینی یخچال را نیز مشخص کند.
ده‌ها ماهواره در مدار، زمین را رصد می‌کنند و پارامترهایی مانند میزان رطوبت خاک، جنگل زدایی، ضخامت یخ، گازهای اتمسفر و میزان نمک محلول در آب دریا را اندازه‌گیری می‌کنند. سنجش ارتفاع سطح دریاها توسط این ماهواره‌ها از سال ۱۳۷۲ تا کنون نشان داده که آب دریاها به میزان ۳.۳ میلیمتر در سال بالا می‌آید. ده درصد این مقدار ناشی از آبیاری زمین‌های کشاورزی است، سی درصد ناشی از افزایش حجم آب به دلیل افزایش دماست، و شصت درصد آبی است که در اثر ذوب یخچال‌ها و پوشش‌های یخی به دریاها اضافه می شود.
میانگین تغییرات ۵ ساله دمای سطح زمین در سال‌های مختلف
زمین از آغاز پیدایش، تغییرات آب و هوایی بلندمدت و کوتاه مدت زیادی را تجربه کرده و اثر گلخانه‌ای برای میلیون‌ها سال در آن در حال انجام بوده است. ولی تعادل این روند طبیعی با فعالیت‌های انسانی از میان رفته و تغییرات کنونی در زمان بسیار کوتاهی رخ می‌دهند که این موضوع به عنوان یک مشکل زیست محیطی باعث نگرانی دانشمندان شده است.