Climatologia é o estudo da atmosfera e dos padrões climáticos ao longo do tempo. Este campo da ciência centra-se no registo e análise dos padrões climáticos em todo o mundo e na compreensão das condições atmosféricas que os provocam. Às vezes é confundido com a meteorologia, que é o estudo do tempo e da previsão do tempo. No entanto, a climatologia está focada principalmente nas forças naturais e artificiais que influenciam os padrões climáticos a longo prazo. Os cientistas especializados nesta área são chamados climatologistas.
Os primeiros estudos do clima podem ser rastreados até a Grécia antiga, mas a ciência climática como é agora conhecida não surgiu até o advento da era industrial no século XIX. A ciência da climatologia cresceu à medida que os cientistas se interessaram em compreender os padrões climáticos. Em tempos recentes, os climatologistas têm focado cada vez mais suas pesquisas nas mudanças no clima da Terra que ocorreram desde a era industrial. A Terra tem crescido mais e mais quente à medida que a indústria humana se expandiu e liberou mais carbono para a atmosfera. Este efeito, chamado aquecimento global, é um objeto de estudo particularmente importante para os climatologistas. Ao estudar o aquecimento global, os climatologistas podem compreender e prever melhor o impacto a longo prazo das mudanças climáticas causadas pelo homem.
Climatologistas procuram compreender três aspectos principais do clima. O primeiro aspecto são os padrões climáticos que governam as condições normais em diferentes regiões do mundo. Em segundo lugar, os cientistas climáticos tentam entender a relação entre os diferentes aspectos do clima, como temperatura e luz solar. O terceiro aspecto do clima que os climatologistas investigam é a forma como o tempo muda ao longo do tempo. Os resultados deste tipo de pesquisa têm mostrado que as atividades humanas estão afetando o clima global da Terra, como por exemplo, com o aumento da temperatura global. Como resultado, os climatologistas também estudam as causas humanas das mudanças climáticas; eles estão particularmente interessados em atividades que liberam gases de efeito estufa e sua ligação com o aquecimento global.
Adicionalmente, os climatologistas observam mudanças naturais no ar e nas correntes oceânicas como El Niño e La Niña, que são fases de um ciclo flutuante de temperatura do ar e dos oceanos sobre o Oceano Pacífico. A oscilação entre as fases quentes do El Niño e as frias do La Niña afetam os climas ao redor do mundo. Estes padrões de corrente oceânica resultam em mudanças na diferença normal entre as temperaturas atmosférica e oceânica. Os cientistas também consideram os efeitos que a atividade solar e as variações na energia solar têm sobre o clima ao longo do tempo. Alguns eventos naturais podem contribuir para o aquecimento global, tais como erupções vulcânicas, que liberam grandes quantidades de cinzas e outras substâncias para a atmosfera. Embora esses eventos escureçam a Terra da radiação solar ao liberar grandes quantidades de gases de efeito estufa na atmosfera, esses mesmos gases contribuem para o aquecimento global. Contudo, grande parte da mudança climática que os climatologistas estudam está ligada à atividade humana, particularmente ao uso de combustíveis fósseis, que são o principal contribuinte dos gases de efeito estufa na atmosfera de hoje. O estudo do impacto desses gases permite aos cientistas entender não só como o clima da Terra mudou como resultado da atividade humana, mas também como ele pode continuar a mudar se os seres humanos continuarem a liberar gases de efeito estufa na atmosfera.
