Tartu maakonna kliima on mõõdukas jahe, nagu üldse kogu Eestis, Kesk- ja suuremas osas Põhja-Euroopas. Seejuures on ta kõigis maakonna jagudes kaunis ühtlane, sest puudub meri ja kõrgemad mäed, mis ilmastikulisi olusid suuremal määral võiksid muuta. Peipsi järv maakonna idarannikul ja Otepää kõrgustik tema lõunaosas avaldavad ainult võrdlemisi väikest mõju. Nii kirjeldati maakonna ilmaolusid 1925. aastal koguteose „Eesti“ Tartumaad käsitlevas köites.
Aasta hiljem lisas Edgar Kant ka Tartu asendi täpsema kirjelduse:
„Tartu linn lebab maise kerandi idapoolmiku põhjapoolse parasvöö madalmikul /…/. Ta asub seal, kus Kesk- ja Põhja-Euroopa vaheline Läänemerest uhetud Eesti poolsaar pöörab oma pära Õhtumaad ja Suur-Siberit eraldava n.n. varjaagi piirivööte vastu. Teisiti öeldult asub Tartu seal, kus Võrtsjärve ning Peipsi nõo vahelist ja Põhja- ning Lõuna-Eestit ühendavat maaselga puhandab suur ning võrdlemisi sügav ürgorg, mida mööda imelisist muinaslugudest kroonitud Emajõgi oma vett läänest itta valab“.
Õhu soojusrežiimi alusel tehtud Eesti territooriumi klimaatilise rajoneerimise (Jaagus, Truu, 2004) järgi kuulub Tartumaa Mandri-Eesti kliimavaldkonna Sise-Eesti ehk kontinentaalse allvaldkonna piiridesse.
Üpris laialdase piirkonna kliima iseärasusi esindab vaid Tartu meteoroloogiajaam, mis asutati 1865. aastal Tartu ülikooli poolt (MetObs) koos oma järglaste – linna läheduses asuvate ilmajaamade Tartu–Ülenurme (1949–1996) ja Tartu-Tõraverega (1997–…). Muide, ka Tartu linnas oli mõõtekohti viis!
Lühiaegseid, teadusele väheväärtuslikke ilmavaatlusi on tehtud samuti 19. sajandil (J. F. W. Parrot, J. H. Mädler, F. L. Kämtz, K. E. v. Baer jt). Kvaliteetsemaid mõõtmisi tehti järgmise sajandi esimesel poolel MetObsi juhendamisel tegutsenud Maarjamõisa ja Raadi jaamades ning pärast Teist maailmasõda linna piiril asunud Tartu aktinomeetriajaamas (Tõravere ilmajaama otseses eelkäijas).
Ligi kolmveerand sajandit oli MetObsi jaam Eesti ainus I järgu ilmajaam (1936. aastal töötas lisaks 26 II järgu jaama sellisel tasemel, et nende andmed avaldati aastaraamatus).
Tartumaal asunud ilmajaamade vaatlusrida on Eesti pikim ja nende andmeil saab pildi meie kliimaloost. “Klassikaliste“ klimatoloogiliste standardnormide järgi on 150 aasta õhutemperatuuri 30-aastased keskmised Tartu piirkonnas järgmised (aasta keskmine õhutemperatuur):
| 1871–1900 | 1901–1930 | 1931–1960 | 1961–1990 | 1971–2000 | 1981–2010 | 1991–2020 |
| 4,7 °C | 4,7 °C | 5,0 °C | 4,9 °C | 5,4 °C | 5,8 °C | 6,3 °C |
Muutused sademete režiimis on sellised (aastasummad):
| 1931–1960 | 1961–1990 | 1971–2000 | 1981–2010 | 1991–2020 |
| 551 mm | 620 mm | 637 mm | 680 mm | 673 mm |
Viimaste kliimanormide aluseks oleva perioodi (1991–2020) järgi on Tartu keskmine aasta õhutemperatuur (6,3 °C) lähedane Eesti keskmisele (6,4 °C), jahedam kui Võru (6,5 °C), soojem kui naaberjaamad Jõgeva ja Tiirikoja (5,8 °C). Kõige soojem kuu on, nagu ka teistes mandrijaamades, juuli (18,0 °C, Võrus 18,4 °C), jahedaim veebruar (–4,4 °C, Väike-Maarjas –5,3 °C).
- Absoluutne maksimumtemperatuur +35,2 °C registreeriti 2. augustil 1896. aastal Tartus.
- Minimaalne õhutemperatuur –38,6 °C mõõdeti 1978. aasta viimasel päeval Tõraveres.
Tugevaid kuumalaineid, kui ööpäeva maksimumtemperatuur ületab mitme päeva jooksul +30 °C, on kõige rohkem esinenud Võrumaal, siis Tartumaal. Muide, esimese kuumalaine registreeris K. E. v. Baer 1811. aastal, kui juuni lõpul ületas õhutemperatuur seitsmel päeval +30 kraadi.
Klimatoloog Jaak Jaagus on arvutanud ööpäeva keskmiste õhutemperatuuride väärtused Tartus aastail 1966–2010: kõige külmem päev on keskeltläbi 11. veebruar, kõige soojem aga 26. juuli. (Rannikul ilmneb mere termilise inertsuse mõju – Ristna soojemaks päevaks on hoopis 3. august.)
Sademed ja lumi
Aastane sademete hulk on Tartus keskmiselt 673 mm, maksimumiga juunis (88 mm). Muide, eelmistel normide aluseks olnud perioodidel on kõige vihmasemeks kuuks olnud august! Kuivem aeg on viimastel aegadel olnud aprillis (35 mm), varem ka veebruaris või märtsis. Pea igas maakonna osas on sadanud tõelist paduvihma – näiteks mõõdeti 1985. aasta 29. juunil Ulilas ööpäevaga 137 mm sademeid, Mehikoormas 91 mm (07. 08.1987) ja Tartus 82 mm (19.08.1869). Kõige sajusem kuu on sageli olnud august – 1985. aastal saadi Ulilas sajusummaks 273 mm, 1987. aastal Tartu–Ülenurmel 219 mm, Elvas 194 mm ja Kodaveres 224 mm vihmavett.
Põuasemaks ajaks on Tartumaal kevad. 1965. aasta aprillis ei sadanud paljudes paikades praktiliselt üldse (Ülenurmel 0,6 mm, Tõraveres 0,7 mm).
Lumikatte suurimaiks väärtusteks on Tartumaal mõõdetud Praagal ja Ulilas 77 cm (vastavalt 2003. ja 1979. aastal). Lumised on olnud ka varasemad aastad – 1902. aasta märtsis kirjutati Postimehes, et ilmajaama vaatlusväljakul Toomemäel kippusid jalutajad mõõtmisi segama. Lume paksus olnud tollal aga 88 cm!
Üks pikemaid lumikattega perioode oli möödunud sajandi kolmekümnendail aastail, kui Tartus loeti lumikattega päevi talvel 1921/1922 tervelt 178 (võrdluseks Nõmkülas Järvamaal 187).
Lumega seotud tähtpäevi: suvine lumesadu Tõraveres 10. juunil 1982. aastal, samuti samas paigas üks hilisemaid esimesi lumepäevi – 18. detsember 2000 (andmed küll aastast 1986).
Sademetega on seotud ainuke Tartumaa ilmarekord (seegi läks jagamisele Jõgevamaaga!) – nimelt mõõdeti 29. mail 2000 Kirde-Tartumaal suurima rahetera läbimõõduks 70 mm.
Tuulerežiimi osas on Tartumaa kliimanäitajad tagasihoidlikud.
Aasta keskmine tuulekiirus on 2,8 m/s (siiski enam kui naabritel). Aastail 1991–2020 mõõdeti Tõraveres tuule maksimumkiiruseks 28 m/s (Sõrves 38,6 m/s).
Tartumaa on jäänud sageli ka tornaadode-trombide-tuulispaskade teele – viimati 16. juulil 2001 Vana-Kastre külas.
Üks tuntumaid ilmadega seotud nähtusi Tartus on Emajõe „uputused“.
Tartu hüdroloogiajaama andmeil on mitmed üleujutused Tartumaal seotud äkilise sulaga pärast lumerohket talve ning jääpaisudega Peipsil. Emajõe Ateena muutus Emajõe Veneetsiaks näiteks 1867. aasta kevadel. Jõe pind kerkis siis 373 sentimeetrit üle vaatlusposti nullpunkti. Peaaegu sama kordus 1923. aasta märtsis–aprillis (354 cm), aastail 1924, 1926, 1931, 1956, ning viimati 1999 (297 cm). Isegi praegu muutub Supilinnale ebameeldivaks juba 270 sentimeetri kõrgune veetõus.
1924. aasta Postimehest võis lugeda: “Sadamaraudtee on vee alla jäänud, raudteeäärne linnaosa Soola jt. tänavatel kannatab tublisti vee all. Vähematest majadest on inimesed ammugi välja kolinud…”. Sama aasta 1. mail teatati: “Tõsine veehäda Piirissaares. Elanikud viletsas olukorras. Majad akendeni vees. Praagas avaneb kurb pilt: loomad on, ei tea kuidas või mis moodi, lauda laele viidud.”
Teada on, et veerežiimi kujunemist mõjutavad oluliselt piirkondlikud faktorid. Näiteks voolab vesi Emajõe ülemjooksul Pede jõe ja Võrtsjärve vahel kevadise suurvee ajal tagurpidi – Võrtsjärve poole. Selle põhjuseks on Võrtsjärve hilisem jääst vabanemine ja aeglasem veetõus. Tagurpidi jookseb Emajõgi Pede jõe ja Võrtsjärve vahel ka tulvavee ajal.
Eesti kiirguskliima uurimine sai aluse Tartust möödunud sajandi kolmekümnendail aastail.
Tartu–Tõravere meteoroloogiajaam arvati 2001. aastal ülemaailmse päikesekiirguse baasjaamade võrgu (BSRN) täisliikmeks. Baasjaamad loodi selleks, et siduda maapealseid kiirgusmõõtmisi satelliitidelt tehtavatega ning Maa kiirgusrežiimi pikaajaliste muutuste jälgimiseks. Üks uurimustulemus – viimastel aastatel on atmosfääri läbipaistvus Eestis paranenud ning on võrreldav juba kolmveerand sajandi taguse ajaga.
Päikesepaiste kestus on Tartumaal võrreldav teiste Ida-Eesti maakondadega, jäädes aga maha rannikualadest ning saartest. Inimeste tervisele olulise ultraviolettkiirguse näitaja ̶ UV-indeksi ̶ väärtused on kesksuvel kõrged (6–7 ühikut), kerkides mõnikord paari minuti kestel isegi 8,6 ühikuni (06.07.2008 ja 29.06.2011).
Klimaatilistest aastaaegadest
Kevad (kitsamas mõttes) algab teatavasti koos taimede vegetatsiooniperioodi algusega, s.o siis, kui ööpäeva keskmine õhutemperatuur tõuseb püsivalt üle +5 °C. Keskmine klimaatilise kevade algus on Tartus 18. aprillil, seega päev hiljem kui Võrus ja Valgas. (Eesti kliima minevikus ja tänapäeval, 2013).
Suvi on aeg, kui ööpäevane keskmine õhutemperatuur püsivalt ületab +13 °C, saabub Tartu piirkonda 28. mail (Võrumaale kaks päeva varem).
Sügise alguseks peetakse ööpäeva keskmise õhutemperatuuri püsivat langemist alla +13 °C, saabuvad esimesed öökülmad, valmivad suviviljad. Selle aastaaja keskmine alguskuupäev on Tartus 4. september (nagu ka Võrus, Tiirikojal 2. september).
Talve kitsamas mõttes ehk päristalve algus on määratletud püsiva lumikattega perioodi algusega. Paljudel aastatel ei pruugi saartel sellist aega saabudagi. Keskeltläbi peaks aga klimaatiline talv saabuma Tartumaale 15. detsembril (Jõhvis 2. ja Väike-Maarjas 3. detsembril, Vilsandil 9. jaanuaril).
Tartumaa ilmarekordid
- Kõige madalam õhutemperatuur on –38,6 °C, mõõdetud Ülenurmel 31. detsembril 1978 (Tõraveres –38,2° 31.12.1978, Tartus (MetObs) –36,2° 26.01.1868).
- Kõige kõrgem õhutemperatuur on +35,2 °C, mõõdetud Tartus (MetObs) 2. augustil 1896 (Tõraveres +35,1° 11.08.1992, Ülenurmel +34,9° 13.07.1959).
- Maksimaalne ööpäevane sajuhulk on 136,6 mm, mõõdetud Ulilas 29. juunil 1985 (MetObs 82,4 mm 19.08.1869, Ülenurme 72,9 mm 19.05.1980, Tõravere 62,7 mm 13.06.2009).
- Kõige sajusem kuu on Ulilas 1985. aasta juuni – 272,8 mm (MetObs-is juuli 1871 – 233 mm, Ülenurmel august 1987 – 219 mm, Tõraveres juuni 2016 – 206,5 mm).
- Kõige kuivem kuu on aprill 1965. aastal, kui Ülenurmel mõõdeti 0,6 mm ja Tõraveres 0,7 mm (MetObs 1,6 mm, mai 1918).
- Maksimaalne lumikatte paksus on 77 cm (Ulila, 14.02.1979 ja Praaga, 07.02.2003), Ülenurmel 69 cm (18.03.1960), MetObs-is 59 cm (25.03.1941) ja Tõraveres 50 cm (25.12.2010).
- Tugevaim tuulepuhang on Ülenurmel 35 m/s (22.11.1978) ja Tõraveres 35 m/s (15.06.1998).
Aegade jooksul Tartumaal töötanud seirejaamad leiab allolevalt kaardilt.