原来，各种天气现象，如下雪、结霜、出现雾等都是由空气流动的状态、温度高低的变化，促使了空气内所含水汽发生凝结的现象。因此，要了解天气的变化，首先要了解空气的性质。空气的性质受环境的影响很大，比如在室内，冬天温度要比室外高，夏天温度要比室外低；同样是室外，房屋南面的温度要比北面高；在刮风的时候，屋与屋之间的通道处，风力往往比空旷的地方来得大。
这种因环境的影响所引起的特殊情况，只是研究小气候时才有用。为了要作出正确的天气预报，首先要掌握空气的本来面貌，这样就必须避免这些外来的影响。
怎样才能避免环境的影响呢？这就要求观测场地的四周空旷，空气可以自由流通。
其次，在观测场中，要测量日照、地温以及风和雨量等，为避免日光受到遮荫，又为避免风、雨受周围建筑物所阻挡，也需要场地的四周空旷。
第三，观测场中，要观测云和能见度，还要观测远处天气现象，如果四周建筑物林立，阻碍视线，就无法进行这些现象的观测。
因此，要作出正确的天气预报，气象观测场必须设立在四周空旷的地方。
自动记录雨量筒
雨有大有小，有时雨水很集中，引起江河泛滥，城市积水；有时很小，解决不了旱情。人们为了掌握雨量的多少，常用雨量筒来测定雨量。为了掌握雨量的强度，还需要能自动记录雨量的仪器。
最常用的自动记录雨量的仪器，是虹吸管雨量计。它内部的主要部分是虹吸管和时钟。虹吸管的一端接在承雨筒接近筒底的筒壁上，虹吸管的另一端在筒外，比筒底还低些。
承雨筒中装有一浮筒，会随承雨筒中水面的升降而上下移动。浮筒的顶部装有一弯曲的杠杆，杆端接一支笔尖，随着浮筒的上下可以上下移动。时钟装在钟筒内，随着时钟的走动，钟筒就转动了。在钟筒的表面上附有一张以时间和雨量为坐标的自记纸，笔尖接触自记纸。在降雨时，当承雨筒内水量增加时，浮筒上升，笔尖向上移动，自记纸上划出线条。随着时钟的走动，雨量的增加，所划的线就成一条曲线。如果在某一瞬息间雨量很大，线条就表示出直线上升，气象台工作人员从自记纸上的曲线变化，就可以读出任何时刻的雨量。
当承雨筒内的雨水满了以后，由于虹吸作用，这些水就都会从虹吸管中流走，浮筒随之下降，笔尖也回到起始点，重新记雨量。这样，雨水一次一次地充满承雨筒，虹吸管又一次一次把水排走，笔尖就一条一条地在自记纸上划出了线条。人们就可以根据这些线条知道任何一段时间的总雨量和雨量强度了。
雷达的神奇功能
要知道远处的雷雨、暴雨、台风的情况，可以用雷达来探测。
雷达能从天线发射出一种波长很短的无线电波，这种电波在远处大气中遇到台风、雷雨、暴雨等天气现象时，就能被反射回来，并在雷达的荧光屏上显示出来。因此我们在荧光屏上就能看到台风、雷雨和暴雨的整个面貌和内部结构。
假使在甲地已经有了雷雨，离甲地几百公里的地方设立的雷达仪器的荧光屏上，就可以看到一块块边缘不规则的亮斑或亮条，这就是雷雨的象。荧光屏上划有一些线条，指示出雷雨离雷达有多远。如雨区或雨量很大，荧光屏上的亮斑或亮条的面积也大，并且更亮些。只要我们相隔一定的时间，多观察几次，就可计算出雷雨的移动方向和移动速度。这样就能清清楚楚知道，再过几小时，或者几十分钟，什么强度的雷雨将要来临了。暴雨和一般雨的强度上相差很大，通过荧光屏的亮斑，是可以分辨出来的。
此外，一块雷雨云的水平结构和垂直结构，也可以从雷达的荧光屏上显示出来。
台风的中心，以及周围的云雨状态，同样能在雷达的荧光屏上显示出来。只要通过几次定时的观察，就能计算出台风移动的速度和方向。有了这些宝贵的资料，就可以精确地知道台风的位置、强度、移动方向和移动速度，从而比较准确地作出台风的预报。
预报天气的重要帮手——高空风
在中纬度，风与天气系统有一定关系。例如，在北半球人们背对着风向，就会发现左边气压低于右边。因此，人们可以从风的情况判断高、低气压。一个地区出现顺时针方向旋转的风，多半是高气压；出现逆时针方向旋转的风，多半是低气压。在有冷、暖锋处，风往往有顺时针方向的转变，锋前、锋后的风力大小也不相等。而且有些天气系统移动的速度和它上下的结构，也可以从风的情况进行推断。但是，在地面上，由于地形复杂，而且地面粗糙，地上又长有树木花草，还有一些建筑物，这些都使靠近地面的风变得混乱，无法由此推估天气系统，只有在距地面一定高度的上空中，风与天气系统的关系才较有规律。
另一方面，空气中温度不同，也会造成高空风的不同。
这种由温度不同所造成的高空风，称为热成风。人们可以根据热成风推断空中温度的分布。例如，在北半球，人们背对着热成风向，就会发现左边的温度低于右边。一个地区出现顺时针方向旋转的热成风，多半是高温区；出现逆时针方向旋转的热成风，多半是低温区。这样，我们根据不同高度的热成风的分布，可以判断上下空气的温度分布，从而判定气层是否很稳定，会不会出现雷雨等。
此外，高空某高度上的风，有指示天气系统移动方向及速度的作用。这个高度称为引导层。找到引导层，对于预报天气的变化很有大帮助。
总之，高空风可以反映许多天气状况。因此，在预报天气时，应当利用高空风资料，当然，单靠高空风来判断未来天气是不够的，还应当对高空温度、气压以及天气现象的分布与高空风分布作综合分析，才能作出较正确的天气预报。
声音可以探测天气
声音是人耳对大气中空气分子的疏密波动的感觉。譬如说，我们敲钟时，这口钟被敲击而发生振动，这种振动推动了邻近的空气分子，使它们发生密度的疏密变化，这种疏密的周期性变化，在空气中传播，就形成声波。当声波传到我们的耳朵中来时，我们就听到了钟的声音。
近年来，用声音来探测大气的研究，引起了人们的注意。早在1901年，人们就发现炮弹爆炸区周围约70～90公里以外，有一个听不到爆炸声的静声区，在这个静声区以外，又有可听见爆炸声的区域。第一次世界大战期间，这种现象更引起人们的注意。人们在爆炸地点四周不同距离处，安置了许多拾音器来接收爆炸声，以研究这种反常声波的传播现象。在第二次世界大战期间，人们还曾用火箭带了爆炸物在高空爆炸，并用地面拾音器进行探测。这些探测都证明在高空约50公里处，有一个高温区存在。静声区的出现，是声波在高空传播时发生了折射的缘故。
但近年来，利用声波探测大气的设备，主要是用“声雷达”。声雷达能测出近地面1～2公里以下的大气温度、湿度随高度的变化和它微小的脉动现象，还可测出风向、风速、锋面结构、对流热气流、逆温层等等。
声音为什么能够探测大气的性质呢？这是因为大气能影响声波的速度、路径，以及声波振动的频率。只要我们能测出声波速率、折射情况和振动频率的变化，就可了解大气的性质情况。
例如，声波在空中传播时，传播的速率会受空气温度、湿度和风速的影响，温度、湿度愈大，声音传播的速度也愈大。另外，顺风传声，声速就会加大；逆风传声，声速就会减小。声波传播的路线，也受大气中温度分布的影响而弯曲，这称为声音的折射。根据折射情况，可以推论空气中温度的分布情况。声波又是一种疏密波，有它的振动频率，当发声或散射声波的空中质粒在传声方向上，有相对于声波接收器的运动时，接收器接收到的声波频率，就会和原来声波的频率有很大不同，这称为“多普勒频移效应”。通过测量声波的多普勒频移效应，人们可以测出气流的运动。声波还会被空中悬浮物所散射。这种散射，有利于人们设计接受散射声波的仪器，以便了解声波在大气中传播过程中受大气的影响情况，从而推估大气的温度、湿度和风的分布。
领先科技测云高仪器
云高是气象预报的重要依据，也是安全航空所需要知道的项目。测量云高，普遍采用两种方法：一种是气球法，施放定升速的氢气球，根据从施放到进入云底的时间和上升的速度，算出云底的高度；另一种是云幕灯法，就是用云幕灯发射一束光柱，垂直照到云底一点，通过从观测到的点观测该点仰角以及观测点与云幕灯的水平距离，根据三角方法可以算出云底的高度。这两种方法都存在着一定的局限性。如气球法要事先充气，气球从地面升到云底需要一定的时间，云越高，所需时间也越长，而且气球有时能从积状云块的缝隙中穿过，不能测到云底的高度。又如云幕灯法只能在夜间采用，而且云幕灯发射光柱的亮度有限，只能测量云层较低的云。为了克服这些局限性，我国试制成了一种测云仪器，叫“弧光测云仪”。它是利用光发射器，发射一束紫、绿、蓝三色脉冲光（称弧光），射向天空云底，光源碰到云底即被反射回来，被地面接收机所接收。我们已经知道光波在空中传播的速度是每钞30万公里，根据弧光从发射到接收的时间就能知道云的高度。“弧光测云仪”有很多优点，如白天、晚上都能测云，利用接收机代替了肉眼观测，数据准确而且及时。但由于弧光毕竟还较弱，远距离发射，光波衰减很多，要测几千米高的云，会使反射光波微弱到使接收机难以感应。另外，仪器的发射光源部分体积大而笨重，也不能转动，只能测量与仪器发射光源垂直上空的云底高度。所以“弧光测云仪”虽比气球法和云幕灯法测云进了一步，但仍有不足之处。
近年来，随着激光这门科学的发展，我国已经成功地制造了“激光测云仪”。“激光测云仪”的工作原理与“弧光测云仪”基本上相同，激光功率大，发射一束平行光，由于能量高度集中，在空中行进十多公里而衰减不大，使接受器仍可接收到反射光波。激光发射系统体积小巧，还能制成灵活转动发射装置，是目前比较理想的测云高的仪器。
气象台的百叶箱外壁要漆成白色
如果你看到过气象观测用的百叶箱的话，会看到百叶箱的外壁，甚至支撑箱子的架子，都是漆成白色的。
为什么百叶箱的外壁要漆成白色呢？
百叶箱是一只里面放有气象观测仪器，而空气能流通的箱子，箱子里面放有温度表、湿度表、最高和最低温度表等多种仪器。这些仪器是用来测量遮荫处空气的温度和湿度的，因此希望箱子内的气温与湿度不要因箱壁受到日光烤热而有所改变。
由于颜色越深，吸收太阳光的热量越多，如果百叶箱外壁漆成黑色或其他深色，它在阳光下温度就会迅速上升，这样一来，箱内的空气温度就会提高，我们所测定的气温和湿度就不是遮荫处空气的温度和湿度，而是受太阳烤热后的温度和湿度了，数据就没有代表性。把百叶箱外壁漆成白色，投射在百叶箱上的阳光会被白色的表面反射掉，这样，箱内的空气不致因箱壁升温而烤得很热，所测出来的气温和湿度就有较强的代表性。所以百叶箱外壁一定要漆成白色。
美国气象卫星
美国的极轨气象卫星和静止轨道气象卫星都是当今最先进的，代表了世界气象卫星发展的最高水平。
在过去的三十多年里，美国政府一直保持运行两套极轨业务气象卫星系统。一套是商业部国家海洋与大气局的“极轨业务环境卫星计划”卫星系统，其首颗卫星是1960年4月1。日发射的“泰罗斯”卫星；另一套是国防部的“国防气象卫星计划”卫星系统，第一颗卫星是1965年1月18日发射的。
根据下一代极轨卫星“国家极轨业务环境卫星系统”规划，美囱的民用和军用业务卫星系统将合二而一，同时为民、军提供高质量的气象与环境数据。
美国的系列卫星长期以来是全球最主要的极轨气象卫星。NOAA卫星传输给用户的资料共有3种：高分辨率数字资料、低速数字资料和低分辨率模拟云图。
美国还和欧盟气象卫星组织达成协议，共同运行极轨气象卫星系统。大约从2002～2003年开始，美国负责下午轨道的卫星，而欧盟负责上午轨道的卫星，届时美国和欧盟的METOP-1将成对运行。
美国现在使用的静地环境业务卫星（GOES）8、10是第三代静止气象卫星。与前两代静止气象卫星相比，第三代的最大特点是改用三轴稳定方式，且卫星上大气探测器和成像仪可同时进行探测。通过这些改进，卫星可获得连续的和更为精确的观测资料。
美国还拟于本世纪末发射极轨对地观测平台。它能载有比气象卫星更多的观测仪器。这些仪器的监测和探测功能几乎可以覆盖整个地球物理领域，是研究大气、海洋、陆地和生物之间相互作用的最重要工具之一。
20世纪60年代以来，美国每年在气象卫星方面投资2亿美元，所提供的数据，每年可减少因天气异常造成的损失20亿美元，可见效益很高。
