在研究方法上，现代大气环流研究和传统大气环流也有明显的不同。经典大气环流研究中的统计方法和定性描述，尽管仍然起着重要的应用，但现代的大气环流研究却更注重推理及定量观测和分析，并对大气环流的形成和变化进行理论和数值模拟。现代大气环流研究当然离不开现代化的定量观测手段和方式，特别是卫星观测在大气研究中的广泛应用，使得人类首次拥有了对全球大气环流进行全方位、多角度、多层次的观测手段。如图3.2可以看到气象观测站的地理分布是不均匀的，尤其是在早期，测站主要集中在北半球中纬度地带，而热带、极地和南半球几乎是空白。特别是在广阔的海洋和人迹罕至的内陆，观测站则更为稀疏。这种观测网覆盖不完全所带来的问题，有时会造成观测事实的虚假和谬误。例如，气象观测网站的分布如果保持在1850—1870年的原貌，那么对北半球在20世纪40年代平均气温的估算，大约比用当代观测网所估计的平均气温低0.5℃。这是因为在19世纪50～70年代气象观测网站的分布集中在欧洲，而欧洲在20世纪40年代平均气温很低。
事实上，现代气象学的发展总是伴随着气象观测手段和方式的革新。20世纪60年代开始的卫星气象观测，解决了大气环流研究所要求的观测网全球均匀覆盖的问题。它不仅提供了大气环流的演变实况(如图3.3)，也解决了大气环流研究所必需的太阳辐射、海洋、冰雪、陆地和环境生态观测资料。另外，在大气环流和气候研究领域里，国际气象界还经常组织一些国际性观测实验，例如“热带海洋和全球大气”计划(简称TOGA)、“世界海洋环流实验”(WOCE)、“海冰预测国际气候实验”(SIPICE)等等，还有种类繁多的区域性的，或为研究某些特定的重要环流过程而组织的专门观测实验，如我国的南海季风实验等四大气象观测实验。组织如此众多的全球或区域规模的观测，并充分利用卫星、雷达、飞机、船舶等观测手段，是现代大气环流和气候研究的重要特点。
