Атмосфера крайне неоднородная среда. Ее параметры изменяются в очень широких пределах. (Энциклопедия климатических ресурсов, 2005). Это приводит к тому, что лучи всех длин волн распространяются в ней не по прямой линии, а претерпевают искривление. Все способы исследования атмосферы можно подразделить на пассивные и активные.
К пассивным способам зондирования атмосферы следует отнести радиометрический и рефрактометрический.
Остальные способы зондирования, кроме оптического, активно влияют на параметры атмосферы, но и сами подвержены нарушению прямолинейности распространения. К таким способам следует отнести: тепловое, лазерное, радиоакустическое зондирование и т. п.
Влияние оптических лучей на состояние атмосферного воздуха не выявлено. Наоборот, такой луч искривляется под влиянием неоднородностей атмосферы, независимо от горизонтальной или вертикальной его ориентации. О первой давно известно по таким оптическим явлениям, как рефракция, миражи (верхние, нижние и боковые), различные гало, венцы, иризация облаков, глории, явления зари и сумерек, синева неба, фата-моргана (сложное оптическое явление, состоящее из нескольких форм миражей) и пр. (Форрестер, 1968). Эти явления обусловлены преломлением, отражением, рассеиванием и дифракцией света в атмосфере. По этим явлениям можно судить о состоянии слоя атмосферы.
Искривление оптического луча, ориентированного примерно вертикально, было замечено космонавтами. Так, космонавт В. Севастьянов в 1975 года (Климук, 1976) увидел в безоблачную солнечную погоду с высоты 300- 400 км в районе Сочи двухэтажный домик своих родителей.
Группа сотрудников под руководством Г.И. Мазурова провела анализ аэросиноптической обстановки и выявила ситуации, когда это возможно, поскольку при средних параметрах (стандартных) атмосфера дает увеличение всего на 10-15 %. Ими оказались подветренные волны, которые могут увеличивать изображение в несколько раз. В целом атмосферу следует рассматривать как самофокусирующую увеличивающую газовую линзу различной толщины (над зимним и летним полушариями) с большим количеством неоднородных вкраплений. Большинство из них, такие, как облака, туманы, дымки, смоги, пыльные и песчаные бури, метели и другие аэрозольные примеси, резко ухудшают или полностью ликвидируют прозрачность линзы-атмосферы (Мазуров и др., 1983). Согласно экспериментальным исследованиям острота зрения человека составляет 1 угловую минуту. Она сохраняется и в космосе.
Лучи методов активного зондирования атмосферы не только подвержены искривлению под влиянием различных неоднородностей, но и сами могут изменять состояние отдельных слоев. Понятно, что тепловые излучения могут изменять их термический режим. Лазерное и радиолокационное зондирование могут изменять химический состав, электрическую напряженность, электронный и ионный состав отдельных слоев атмосферы.
В заключение несколько подробнее рассматриваются особенности радиолокации и облучения ионосферы установками типа HAARP, которая имеет 180 фазированных антенн и Российская Сура, имеющая всего 144 таких антенны, и, занимающая на площадь на 4 га меньше.