El cálculo de la energía libre de Gibbs a través del análisis multifractal estadístico de observaciones aéreas indica que la atmósfera no está en equilibrio termodinámico local. Tanto los modelos climáticos como los análisis meteorológicos asumen que sí lo está. Las recuperaciones satelitales utilizan datos espectroscópicos tomados en equilibrio en laboratorios, lo que lleva a una aparente consistencia que es, en cierta medida, defectuosa. Las formas de línea de especies radiativamente activas, la energía rotacional del nitrógeno y oxígeno molecular, y la energía translacional de todas las moléculas están involucradas, lo que resulta en menos energía en los modelos de la que existe en la atmósfera real. La formulación resultante de la turbulencia es desde las escalas más pequeñas hacia arriba y tiene implicaciones para la observación astronómica mediante óptica adaptativa. Kolmogorov (isotropía) no es evidente. El efecto de la temperatura en la columna de vapor de agua en telescopios terrestres también está expuesto a los efectos del cambio climático. El grado en que la temperatura operativa dinámica difiere de la obtenida mediante el uso de suposiciones de equilibrio termodinámico local necesita ser establecido mediante mediciones observacionales. Algunas de las consideraciones se aplicarán a las atmósferas de exoplanetas en relación con la fotociencia y las firmas de vida.