Das Studium der Vorgänge im „System Erde“ liefert Aufschluss über die komplexen Zusam­menhänge zwischen Ozean, Meereis, Atmo­sphäre und erdnahem Weltraum. Dies ist eine Voraussetzung für das Verständnis des gegenwärtigen und dem zu erwartenden globalen Klima und damit einhergehenden Klimaveränderungen.

Die interdisziplinäre Meeresforschung in Küsten- und Randmeeren mit Fokus auf das Ökosystem der Ostsee ist der Schwerpunkt des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW). Die Forschenden in der Sektion Physikalische Ozeanographie und Messtechnik des IOW arbeiten an Frage­stellungen zur Physik der Küstenmeere sowie am Verständnis des regionalen Klimasystems. In seiner Forschung nutzt das Institut neben modernen Beobachtungsmethoden vor allem auch numerische physikalisch-biogeo­che-mische Ozeanmodelle, um die Dynamik der Strö­mungen sowie deren Einfluss auf die Wärme- und Salzverteilungen und die Konsequenzen für das marine Ökosystem zu erklären.Gekoppelte Ozean-Atmosphären-Eis-Hydrologie-Modelle werden zur Rekonstruktion von Klimaänderungen der letzten 8000 Jahre und für zukünftige Klimaprojektionen angewendet.

Die mittlere Atmosphäre (Mesosphäre und untere Thermosphäre in 50 – 200 km Höhe) steht im Mittelpunkt der Forschungen des Leibniz-Instituts für Atmosphärenforschung in Kühlungsborn (IAP). Durch geeignete Datenanalysen und nume­rische Modelle werden unter anderem die Kopplung der Atmosphärenschichten auf­grund dynami­scher Prozesse analysiert. Die vielfältigen experimentellen Untersuchungen finden in Kühlungsborn, an der IAP-Außen­station auf der Insel Rügen in Juliusruh, und im geophysikalischen Observatorium ALOMAR am Rande der Arktis statt. Letzteres liegt in unmittelbarer Nähe zum Startplatz für Höhenforschungsraketen Andøya Space und ermöglicht koordinierte bodengebundene (LIDAR, RADAR) und raketengetragene Messungen. Das IAP betreibt mobile Radare, um Messungen an weiteren wissenschaft­lichen Hotspots der Atmosphärenphysik zu gewinnen, und nutzt Satellitendaten für globale Analysen. In der noch weitgehend unerforschte Region der mittleren Atmosphä­re liegt der Übergang zwischen Atmosphäre und Weltraum. Sie ist aufgrund ihrer Klima­sensitivität und ihrer Bedeutung für wachsen­den Weltraumverkehr von besonderem wissenschaftlichem Interesse.

Hauptforschungsrichtung des Instituts für Solar-Terrestrische Physik des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt am Stand­ort Neustrelitz (DLR) ist die Erforschung des Weltraumwetters. Der Terminus Weltraumwetter bezeichnet die zeitlich variablen Bedingungen auf der Sonne und im Sonnenwind sowie deren Wirkung auf das Ionosphären-Thermosphären-Magnetosphären-System (ITM-System). Das Institut für Solar-Terrestrische Physik befasst sich mit den Eigenschaften und Wech­sel­wirkungen des gekoppelten ITM-Systems sowie dessen Antrieb durch Energieeinträge von der Sonne und von der darunter liegen­den Atmosphäre. Das Weltraumwetter hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung und Zuverlässigkeit von weltraumgestützten und boden­gestützten technologischen Systemen. Es kann erhebliche Störungen an modernen Kommunikations- und Navigations­systemen bewirken und damit zu erhöhten Sicherheitsrisiken, wirtschaftlichen Verlusten und verminderter Lebensqualität führen. Die experimentelle Untersuchung des Weltraumwetters findet über fortschritt­liche Mess- und Inversionstechniken mittels boden- und weltraumgestützter Sensoren statt.