هوا‌شناسی علم جالبی است؛ اما جالب‌تر از آن، پدیده‌های آب و هوایی نامتعارف و شگفت‌آوری هستند که در جهان اتفاق می‌افتند. در اینجا ۲۰ نمونه از این استثنائات جالب‌توجه آورده شده‌اند.
۲۰- رنگین‌کمان ماه (Moon Bows)
رنگین‌کمان اغلب پس از بارش باران، و به دلیل تابش نور آفتاب بر روی قطرات آب ظاهر می‌شود. رنگین‌کمان ماه که نادر‌تر است، تنها در شب‌هایی دیده می‌شود که ماه پایین آمده و به صورت کامل یا تقریباً کامل باشد. تصویر بالا، رنگین‌کمان ماه بر فراز آبشار کامبرلند در کنتاکی را نشان می‌دهد.
۱۹- سراب (Mirages)
سراب هنگامی به وجود می‌آید که شکست نور، تصاویری غیر حقیقی از اشیا یا آسمان را به بیننده القا کند. سراب معمولاً در سطوح داغ همچون کف خیابان یا بیابان دیده می‌شود.
۱۸- هاله (Haloes)
هاله، همچون رنگین‌کمان، به دلیل تابش آفتاب شکست نور حاصل از رطوبت (در این مورد، کریستال‌های یخ) جو بالا ایجاد می‌شود. گاهی دو یا چند دایره یا هلال پیرامون خورشید، روشن‌تر شده، خورشید‌های کاذب (Sun Dogs) را به وجود می‌آورند. هاله ممکن است پیرامون ماه و گاهی پیرامون ستاره‌های پرنور یا سیاراتی مانند ناهید ظاهر شود.
۱۷- کمربند ناهید (Belt of Venus)
کمربند ناهید پدیده‌ای است که در عصر‌های غبارآلود به وجود می‌آید. در این هنگام نواری صورتی یا قهوه‌ای رنگ، میان آسمان و افق، ظاهر می‌شود.
۱۶- ابر‌های شب‌تاب (Noctilucent Clouds)
ابر‌های شب‌تاب، ابر‌هایی در جو بالا هستند که در گرگ و میش غروب، هنگامی که خورشید از دیدگان ما پنهان شده است، نور را منکسر می‌کنند و این طور به نظر ما می‌رسد که آسمان را بی‌هیچ منبع نوری، روشن کرده‌اند.
۱۵- شفق قطبی (Aurora Borealis)
شفق قطبی که در نیمکره‌ی جنوبی، به آن سپیده‌ی جنوبی (Aurora Australis) نیز می‌گویند، ذرات باردار حاصل از آفتاب است که به جو بالایی زمین رسیده، ملتهب شده‌اند. شفق قطبی را بیشتر می‌توان در نزدیکی دو قطب و هنگام اعتدالین هر سال مشاهده کرد. تصویری که می‌بینید توسط هوانورد ارشد، جاشوا استرانگ گرفته شده است.
۱۴- ماه‌های رنگی (Colored Moons)
ماه می‌تواند در اثر تغییر در ذرات جو، سایه رنگ‌هایی همچون آبی، نارنجی، یا قرمز به خود بگیرد. دود بیش از اندازه، غبار، و گرفتگی ماه و خورشید، رنگ ماه را دگرگون می‌کند.
۱۳- ابر‌های ماماتوس (Mammatus Clouds)
این ابر‌های عجیب، به خصوص طوفان همراه با آذرخش. کاملا مشخص نیست که چگونه شکل می‌گیرند.
۱۲- آتش سنت المو (St Elmo» s. Fire)
این پدیده‌ی آب و هوایی، پلاسما (گاز یونیزه شده)ی درخشانی است که در هنگام طوفان تندی، در جا‌هایی که دارای بار الکتریکی هستند، بر روی اجسامی همچون دکل کشتی‌ها و میله‌های برق‌گیر، همچون آتش به نظر می‌رسد. نام این پدیده، از سنت المو، حامی معنوی ملوانان گرفته شده است.
۱۱- آتش چرخنده (Fire Whirls)
آتش چرخنده، طوفانی است چرخان در فاصله‌ای بسیار نزدیک به یک آتش‌سوزی جنگلی، یا گردبادی است که در اثر گرمای شدید محیط به وجود آمده است.
۱۰- ابر‌های کپه آتشین (Pyrocumulus Clouds)
ابر‌های کپه آتشین یا پیروکومولوس، پدیده‌ی گرمایی دیگری است که در اثر گرم شدن سریع و شدید یک ناحیه و تبدیل آن به رسانای گرما ایجاد می‌شود و در نهایت به ابر کومولوس تبدیل می‌گردد. آتش‌فشان‌ها، آتش‌سوزی‌های جنگلی، و انفجار‌های هسته‌ای (به شکل ابر قارچی‌شکل) همگی از دلایل اصلی تشکیل ابر‌های پیروکومولوس محسوب می‌شوند.
۹- ستون‌های خورشید (Sun Pillars)
ستون‌های خورشید وقتی به وجود می‌آیند که آفتاب، ابر‌های بالایی یخین را در لایه‌های مختلف، بازتاب می‌دهد. به این ترتیب ستون‌های نور در بلندی‌های آسمان قد می‌افرازند. بازتاب نور ماه نیز می‌تواند در آسمان ستون بسازد.
۸- غبار الماس (Diamond Dust)
غبار الماس که شباهت نزدیکی به هاله دارد، از مه با قطرات یخ‌زده تشکیل شده است.
۷- باران غیرآبی (Non-aqueous Rain)
اگرچه این مورد بسیار نادر می‌باشد، اما حقیقت این است که در مواردی مشاهده شده که به جای قطرات باران، از آسمان، حیوان باریده است. بارش باران‌های غیرآبی، در طول تاریخ، از دیرباز تا زمان معاصر وجود داشته است. متخصصین علم هوا‌شناسی تئوری‌هایی همچون انتقال ماهی و قورباغه توسط گردباد در مسافت طولانی و رهاسازی آن در هوا برای توجیه این پدیده ارائه داده‌اند، اما هنوز کسی نتوانسته با اطمینان در مورد دلیل وقوع این پدیده، سخنی بگوید. آنچه که در این تصویر می‌بینید، مربوط است به بارش ماهی‌ها در شمال استرالیا.
۶- شاخه‌های آسمان (Virga)
این پدیده زمانی رخ می‌دهد که بلور‌های یخ از ابر‌ها فرو بیفتند، اما پیش از آنکه به زمین برسند، بخار شوند. شاخه‌های آسمان همچون دنباله‌هایی از ابر‌ها به نظر می‌رسند که به سوی زمین دست گشوده‌اند. این پدیده، گاهی باعث می‌شود ابر‌ها، همچون عروسان دریایی به نظر برسند.
۵- باد‌های پایین آینده (Katabatic Winds)
این باد‌ها هوای متراکم را تحت تأثیر جاذبه از بلندی به پایین می‌آورند. نام محلی این باد‌ها، سانتا آنا (کالیفرنیای جنوبی)، میسترال (مدیترانه)، بورا (دریای آدریاتیک)، اوروشی (ژاپن)، پیتاراک (گرینلند)، و ویلیواو (تیرا دل فوئگو) می‌باشد. ویلیواو و باد‌هایی که بر فراز قطب جنوب می‌وزند، بسیار خطرناک‌اند.
۴- رنگین کمان شعله ور (Fire Rainbow)
رنگین‌کمان شعله ور، پدیده‌ی بسیار نادری است و علت آن، عبور نور آفتاب، از میان ابر‌های سیروس با حجم زیادی از بلور‌های یخی در ارتفاع زیاد است.
۳- پرتو سبز (Green Ray)
این پدیده به درخش سبز نیز شهرت دارد. پرتو سبز، کمی پیش از غروب کامل آفتاب، و یا پس از طلوع آن دیده می‌شود. این پرتو، برای تنها چند لحظه، به شکل تابشی سبزرنگ بر بالای خورشید ظاهر می‌شود. علت پدیده‌ی پرتو سبز، شکست نور در اتمسفر می‌باشد.
۲- گوی آذرخش (Ball Lighning)
در این پدیده‌ی بسیار نادر، یک آذرخش گلوله‌ای شکل با سرعتی بسیار کمتر از آذرخش حقیقی، مشاهده می‌شود. گفته می‌شود قطر آن ممکن است به بیش از دو متر و چهل سانتی‌متر برسد و می‌تواند خرابی‌های فراوانی به بار آورد. در مواردی گزارش شده که یک گوی آذرخش، ساختمانی را به کل ویران کرده است.
۱- ارواح، موشک، جن (Sprites، Jets، and Elves)
تمام این واژگان به پدیده‌ای منسوب است که در جو بالا‌تر در نواحی پیرامون توفان‌های تندری اتفاق می‌افتد و به شکل مخروط، تابش، و یا تخلیه‌ی الکتریکی به نظر می‌آید. به دلیل کوتاه‌مدت بودن این پدیده (کمتر از یک ثانیه) و مکان وقوع آن، کار‌شناسان تنها در دهه‌ی اخیر موفق به کشف این اتفاق عجیب هوا‌شناسی شدند.