Вернувшись в Россию, ученый уже осенью вновь отправился за границу. Теперь он избрал маршрут, приводивший его к берегам Атлантического океана. Он побывал прежде всего в Вене, затем в Берлине, оттуда отправился в Готу и проехал в Лондон.

В Вене Воейков встретился с Ханном. В беседе коснулись проблемы чернозема. Как отдельной науки, почвоведения тогда еще не существовало. Поэтому по совету Ханна Воейков обратился к геологам. Ханн познакомил Воейкова с австрийскими геологами (Гохштеттером, Гауером и другими). Когда те узнали, что Воейков, по специальности климатолог, изучает почвы, в частности чернозем, они не могли скрыть своего удивления. Впервые встречали они климатолога, так интересующегося почвами.

Во время поездки по Западной Европе Воейков продолжал работать над большим исследованием об атмосферной циркуляции, начатым еще в. России. В Вене он несколько дополнил и обновил цифры и фактический материал. В Германии ему удалось закончить этот труд, представлявший собой смелое обобщение обширного материала, изученного за несколько лет.

Вполне сознавая значение этого исследования, Александр Иванович стремился быстрее сдать его в печать. Германские издательства могли напечатать эту работу лучше и скорее, чем издательства других стран. Поэтому Александр Иванович написал свой труд на немецком языке.

В то время наиболее известным географическим издательством Германии, да и всех зарубежных стран, было картографическое заведение Юстуса Пертеса в Готе. Оно возглавлялось германским путешественником, картографом и издателем Августом Петерманом.

В основанном им журнале «Географические известия Петермана» помещались очерки путешественников и другие географические статьи. Для того чтобы лично переговорить с Петерманом по поводу издания «Атмосферной циркуляции земного шара», Воейков посетил Готу. Петерман очень заинтересовался трудом русского ученого и обещал его быстро напечатать. Он сдержал слово: исследование об атмосферной циркуляции вышло в свет в Готе в следующем, 1874 году.

Оно явилось крупным вкладом в науку. Тридцатидвухлетний русский метеоролог стал ученым с мировым именем.

На картах Воейкова, составлявших одну из наиболее ценных частей его труда об атмосферной циркуляции, показаны области экваториальных осадков, выпадающих в летние месяцы при сухой зиме, области субтропических осадков, выпадающих зимой при сухом лете, области умеренных и высоких широт, где осадки выпадают во все времена года. Особенно выделил Воейков области муссонных осадков.

В некоторых частях земного шара осадков выпадает мало. Воейков определил три их типа: бездождная пассатная зона на океанах, пустыни и области с малоснежной зимой. Впервые в мировой литературе появилась такая работа по климатологии, которая давала характеристику зон земного шара и рассматривала важнейшие атмосферные явления в географическом плане.

Наряду с нагреванием земли и атмосферы солнечными лучами Воейков считал циркуляцию воздушных масс главной предпосылкой формирования климата.

Говоря о циркуляции воздуха, Воейков очень близко подошел к современному учению о воздушных массах. Для него было совершенно ясно, что, исследуя атмосферную циркуляцию, нужно изучать «общее количество воздуха», движущееся в разных направлениях.

Схема циркуляции атмосферы, нарисованная Воейковым, была проста и прекрасно согласовывалась со всеми накопленными к тому времени данными систематических научных наблюдений и исследований. Географически она была установлена с предельной четкостью.

В самых теплых районах земного шара господствует затишье с восходящим потоком воздушных масс, при низком давлении атмосферы и значительной облачности.

С обеих сторон к району низкого давления направлены воздушные течения: северо-восточные и юго-восточные пассаты. Эти течения относят теплый воздух, восходящий над экваториальной зоной.

В более высоких широтах (выше 30° северной и южной широты) преобладают теплые влажные юго-западные ветры, перемежающиеся, однако, с другими ветрами.

Объяснения воздушных течений были изложены Воейковым очень ясно. Вот как говорил он, например, о причинах ветра:

«Воздух в области с высоким давлением более плотен и будет стремиться вытеснить со дна воздушного океана менее плотный, воздух в области с низким давлением. Люди обитают на дне воздушного океана и ощущают это вытеснение менее плотных воздушных масс более плотными массами в форме ветра».

В «Атмосферной циркуляции» Воейков впервые указал «Большую ось Европейско-Азиатского материка», которая проходит от Байкала до Карпат примерно вдоль 50 градусов северной широты и которую можно проследить и дальше до Северной и Южной Франции. К северу от «Большой оси» господствуют южные и западные воздушные потоки, а к югу — северные и восточные потоки. Название «Большая ось» удержалось в науке недолго. Его вскоре заменило принятое во всем мире обозначение — «Ось Воейкова».

Впервые появившиеся на картах Воейкова зоны и климатические пояса давали единое, связное и обоснованное представление о климате земного шара и отдельных материков. Воейков удачно объединил в зоны и области сходные части земного шара.

Еще за два года до появления «Атмосферной циркуляции» австрийский метеоролог Ханн сказал, что метеорология «наполовину физическая, наполовину географическая дисциплина». Воейков умело раскрыл в физико-географических особенностях каждой территории характерные черты климата.