Свойство атмосферной циркуляции - высокая изменчивость во времени и пространстве. Циклоны изменяют режимы и энергетику средних движений, возникая в результате неустойчивости под воздействием притоков тепла, баротропных источников и орографии. В Северном полушарии положение внетропических циклонов связано с областями максимальной бароклинной неустойчивости, а перенос тепла, влаги и импульса циклонами усиливает средние движения атмосферы. С помощью спутниковой информации с различным пространственным разрешением и данных архивов ре-анализа проведены исследования параметров циклонической активности (интенсивность, скорость перемещения, территория зарождения). Проанализирована синоптическая активность, изучены параметры развития циклонов и связь их развития с динамическими процессами атмосферы, что важно для оценки численных схем и параметризаций в моделях циркуляции атмосферы. Увеличение размеров циклонов в зимнее время составляет 30%, размеры циклонов увеличиваются в Северном полушарии с момента зарождения до максимального развития на 50–95 %. Размер циклонов увеличивается в два раза в первые четыре дня жизни, происходит и изменение их формы, с развитием циклона форма становится более симметричной, особенно для глубоких систем в зимнее время. Средний радиус синоптических образований развивающихся один или два дня 450 км, а с продолжительностью до недели 760 км. Получены количественные оценки связи различных характеристик внетропических циклонов между собой, установлено, что с увеличением интенсивности циклонов увеличивается продолжительность существования, скорость углубления. Проанализированы параметры, устанавливающие связь между характеристиками жизненного цикла внетропических циклонов. Турбулентные потоки явного и скрытого тепла характеризуются максимальными значениями в тыловой части циклона, отмечается постепенное уменьшение потоков тепла, в передних частях и теплых секторах циклонов относительно слабые, часто отрицательные, потоки. Следует отметить, что именно со среднеширотными внетропическими циклонами связаны экстремальные потоки энергии.
Предварительные исследования показали, что облака деформируют поля основных метеорологических элементов не только внутри облаков, но и в окружающем пространстве. Параметром распределения турбулентности выбрана форма облачности по генетической классификации, из-за ее связи с термодинамическими характеристиками и микрофизикой. Использовались спутниковые, радиолокационные и аэрологические данные. Критерием для разделения спокойных и турбулентных зон использовались среднеквадратические пульсации горизонтальной и вертикальной компонент скорости ветра. Методика эффективна для исследования пространственной структуры турбулентности в облачной атмосфере. Исследуются средние значения, функции распределения, сглаживающие функции пульсаций компонент скорости ветра, среднеквадратические значения пульсаций горизонтальной и вертикальной скорости ветра, ширина турбулентных, спокойных зон, перемежаемость турбулентности, спектральные плотности пульсаций скорости ветра, коэффициент турбулентности. Материалы исследования могут использоваться в разработке численных моделей образования облачности.
Между облаками и окружающей средой осуществляется непрерывный обмен теплом, энергией, количеством движения и другими характеристиками. Движение конвективных элементов происходит под действием турбулентного обмена теплом и количеством движения с окружающим воздухом. В пределах кучево-дождевой облачности предварительно распознанной по спутниковой информации рассчитывается функция для диагноза интенсивности конвективных явлений. Расчет индексов неустойчивости основывается на прогнозах температуры воздуха, точки росы, давления и скорости ветра. Большинством индексов оценивается степень неустойчивости в облачном или подоблачном слое. Грозовая деятельность связана с прогнозом возникновения и эволюции кучево-дождевого облака, определяющая роль принадлежит вертикальной скорости. В конвективный сезон над европейской территорией России мощность Cb достигает изобарической поверхности 300 гПа. Существенное повышение качества прогноза гроз достигается за счет учета комплекса термодинамических факторов. Физические и микрофизические процессы важно описывать более точно, что позволит улучшить качество прогноза локальных явлений (гроза, град, шквал) имеющих конвективную природу образования.