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Ziel von GAW ist es, qualitativ hochwertige Beobachtungen und Analysen zur chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre und deren physikalischen Eigenschaften verfügbar zu machen. Das Programm unterstützt ein weltweites Netzwerk ausgewählter Messstationen in den Bereichen Treibhausgase, Ozon, UV-Strahlung, Aerosole, reaktive Gase und Niederschlagschemie.
Das GAW-Netzwerk umfasst 30 globale, über 400 regionale und 100 weitere Stationen aus assoziierten Netzwerken. Die klimarelevanten Aspekte des GAW-Programms fliessen in das globale Klima-Beobachtungssystem (Global Climate Observing System, GCOS) ein.
Im Rahmen von GAW werden unter Federführung der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) diverse Aktivitäten unterstützt, beispielsweise nationale Forschungsprogramme und internationale Kooperationen. Hinzu kommen Dienstleistungen wie globale und regionale Kalibrierzentren, die im Auftrag der WMO durch einzelne Mitgliedländer getragen werden.