我们所见的木星、土星、天王星、海王星外貌实为它们的云层。它们的大气高度常用相对值或气压表示。按它们的大气温度的垂直分布（见图6-11），可分为对流层和热层。木星和土星都有三个云层：氨（NH3）冰晶云、氢硫化氨（NH4SH）冰晶云、水冰晶或水滴云。天王星和海王星的大气温度更低，大气深层可能也有氨（NH3）冰晶云、氢硫化氨（NH4SH）冰晶云、水冰晶或水滴云，但从外面仅见到高层甲烷云及雾霾特征。
图6-11 外行星大气温度垂直分布（取气压100 mbar处为高度零点）
1）木星大气
木星大气高层有电离层，从气压0.1 bar高度向上延续30000 km以上，温度为1100～1300 K，主要有氢离子和电子。
木星大气有复杂的运动，在尺度1000 km以下的运动似乎极其紊乱，但大尺度上相当有序。其重要特征是交替的东西风流（纬向环流），南、北半球各有五、六对纬向环流，长久维持，甚至90年不改变位置，相对于自转系统Ⅲ的风速如图6-12左所示，平均风速约50 m／s，最大约130 m／s。然而，南北向风却很弱。
木星云的亮带（zone）和带纹（belt）分布与纬向环流对应（见图6-12），但云特征有短时间（几年）变化。除了平行于赤道的东西向主要运动外，也有垂直对流运动。亮带呈白或黄色，是温度较低的较高层云，有上升运动；带纹呈褐色，是温度较高的较低层云，有下降运动。极区云不规则，有些涡流，小的寿命1～2天，大的卵形斑寿命达几年或更久。
图6-12 木星的风速（左）及云亮带和带纹（右）
大红斑是木星的最显著特征，其中心在南纬23°，呈东西26000 km、南北14000 km的椭圆形（见图6-13）。从1664年发现以来，大红斑已持久存在350多年，仅略有变化，为什么存在这么久？仍是未完全解决之谜。大红斑比周围云顶高15～25 km，是温度较低的反气旋，反时针旋转，周期约7天，也有垂直向上运动。先前出现于大红斑南的三个白色卵形斑，较大的两个在1998年初合并了。
在木星赤道区有些蓝色或紫褐色云，那里是3μm红外像热斑（见图6-14），显然是从云洞区透出来的内部热辐射。木星夜半球可看到极光，极光弧很亮，长达3000多千米，高于云顶700～2300 km。极光区发射出千米波射电，电离层发射分米波射电，高层大气发射厘米波射电。木星射电主要是带电粒子与磁场和电离层作用而产生的非热辐射，但毫米波射电则是热辐射。此外，木星夜半球还出现很强的闪电。
图6-13 木星的大红斑
2）土星大气
土星温度低，有更多的氨和甲烷凝结，形成较厚的雾霾高层，从而使我们难以清晰地看到下层云带特征。土星大气也有交替的东西风流（纬向环流），相对于自转系统Ⅲ的风速更大（见图6-15左），最大风速为500 m／s，赤道区急流宽达南北纬度40°。南北向风也很弱。土星的风流与云带不如木星那么强相关。在风速变化很大处出现很多旋涡和扰动，而两极区的云带也破为波和湍流旋涡。
图6-14 木星的可见光像（左）（彩图见附录B）与红外像（右）
图6-15 土星的风速（左）与云带（右）
土星的云也呈类似木星云的交替亮带和带纹图案（见图6-15右），但土星的亮带和带纹不如木星那么清晰，这是因为土星的云位于其大气更深处，且浓厚的高层大气和雾霾不够透明的缘故。土星云带延续到南北纬度70°，比木星云带（不超过纬度60°）范围大。
土星大气也有一些斑纹。在南纬55°有一个东西长6000 km的卵形红斑，至少持续4个月。在北纬42.5°的卵形斑长达5000 km，也是反气旋。土星大气偶然发生暴，喷发成为氨冰晶的亮云，甚至在地球上用望远镜也可看到。这些暴的扰动似乎约每30年（近于公转周期）发生1次，还不知道其原因。1990年9月开始喷发的暴导致赤道北的孤立白斑，很快环绕土星扩展为到北纬25°带区，几个月后消失（见图6-16）。(www.xing528.com)
旅行者飞船发现可能来自土星极光很强极区的射电，频率为3kHz～1.2 MHz，在波长2 km左右有强度峰。土星射电变化周期反映土星的内部自转。土星电离层较薄。
图6-16 土星的喷发暴扰动亮带（左上）、1994年9月发生的较小暴（左下）以及南半球出现的龙卷风暴和云带（右）
3）天王星大气
天王星和海王星的大气环流有些像地球的大气环流，在低纬有西向气流（贸易风），而中纬有东向急流。
由于甲烷散射蓝绿光多，望远镜中看到天王星呈蓝绿色。甚至飞船所摄的天王星图像也缺乏特征，经计算机增强处理后才显示出其南极区暗冠和高纬雾霾，这是太阳紫外辐射致暗的碳氢化合物。南半球还有四个平行于赤道的稍亮云带，其中两个云带持续两个多星期。云带自转比天王星内部快，说明有类似于木星和土星的纬向环流，最大风速约130 m／s。1997年，哈勃太空望远镜所摄天王星已大为改观，赤道北出现一串亮云（见图6-17）。
令人惊奇的是，在20多年漫长时间内，太阳照射的天王星南极和处于黑夜的北极同样气压高度几乎全球“同此凉热”，说明大气的热传导很好。国际紫外卫星探测到天王星的紫外（发射）辉光；而旅行者探测到其磁极区有微弱极光，但与紫外卫星所见不同，仅日照半球的强Lα发射，称为电辉光（electroglow）。
4）海王星大气
海王星光谱说明其含甲烷更多些。在甲烷云层的上空还有薄的雾霾层，由太阳光离解甲烷所产生的碳氢化合物（C4H2，C2H2，C2H6）组成。海王星有类似木星的云带特征，但因风速随纬度变化、且相对于内部的向西风速达610 m／s，云特征在几天内就有很大变化。
图6-17 天王星像增强处理略显南极区“暗冠”和高纬雾霾（左，彩图见附录B）、天王星红外像显示赤道北有亮云串（右）
海王星最惊奇的云特征是大暗斑（Great Dark Spot，GDS），中心在南纬约22°，东西约12000 km，南北约8000 km（见图6-18），是像木星大红斑一样的反气旋，反时针向转动，转动周期为15 d，且以速度300 m／s相对于内部向西运动，每年向赤道飘移15°，其大小和形状也有振荡式变化。大暗斑南侧有亮的甲烷冰云（见图6-18）。在南纬约55°有称为“D2”的较小暗斑，可能顺时针转动，其中央有亮的甲烷冰云结，一星期内D2就向北漂移4°。在南纬42°有由很多云纹组成的亮云片，因它运动很快而称为“速克特（Scooter）”，形状也有变化。海王星也有亮云带，但不像木星和土星云带那样对称于赤道。到1995年后，哈勃太空望远镜所摄海王星已大为改观，不见大暗斑踪迹。
图6-18 海王星（彩图见附录B）的大暗斑与云带变化
海王星的波长27μm热发射来自主云层之上气压为30～120 mbar的高度，结果显示赤道区和极区比中纬区热些，这是因为中纬大气上升，流向赤道和极区沉降而压缩加热。海王星的特征随时间变化，有时雾霾几乎笼罩全球，但几星期甚至几天后又变得较透明；还发现在太阳活动强时海王星亮度增大，可能是太阳紫外线增强改变了海王星的雾霾层。
5）矮行星的大气
光谱观测显示冥王星表面有甲烷冰，推断它有大气；直到1988年冥王星掩恒星时才真正发现它的大气，这是由其大气掩星使星光逐渐减弱显示的。其大气很稀薄，厚度约为300 km，由氮（N2）、甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）组成，它们与其表面冰处于平衡。由于冥王星的轨道偏心率大，它在一个轨道周期中离太阳的距离、因而接收的太阳辐射所致冰升华有很大变化，其大气状况也随之变化，表面气压变化于0.65～2.4 Pa范围，表面温度变化于33～55 K范围。
甲烷气体有很强的温室效应，造成冥王星大气逆转，表面之上10 km大气增暖到平均气温36 K。较低层大气比其高层所含甲烷浓度大。新视野飞船越过冥王星后，在背太阳光侧所摄冥王星像仔细处理（见图6-19右）后，显示出多层雾霾。
图6-19 冥王星的大气层
谷神星表面的水冰是不稳定的，若直接暴露在太阳辐射下就会升华为大气。2014年初，由赫歇尔空间天文台观测的谷神星资料，发现几个直径为60 km以下的中纬度水汽源，每秒各放出约1026个分子（或3 kg）。凯克天文台观测到Piazzi（123°E，21°N）和A区（231°E，23°N）的两个近红外暗区是潜在源。当谷神星在其轨道运动中离太阳更远时，其表面冰的升华会减少，而内部动力排放不应受到其所在轨道位置的影响，类似彗星式的升华。
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