雷达诞生后，人们很快发现了用雷达测风的新方法。例如在气球下面挂一个无线电讯号回答器。地面上的测风雷达每向气球回答器发射一个脉冲无线电讯号，回答器立即发出一个回答讯号。这样雷达和气球之间的距离，就可以从雷达发出和收到讯号之间的时间，乘以电波速度（每秒30万公里），再除以2（往返）求得。另外，雷达根据回答讯号的位置也能同时测出气球的仰角和方位角。地面雷达站的计算机能很快算出气球所在高度上的风向和风速。显然，雷达测风克服了大气（有云）障碍，可以得到从气球升空到气球爆炸为止完整的风向风速随高度变化记录。这一点非常重要，因为有云常常是天气突变的信号，此时特别需要高空风向风速的记录，以使天气系统的位置和强度确定得比较准确，有利于天气预报。
（十一）地温、冻土和能见度观测
地温是指地面温度和地中温度。地面温度用地面温度表测定，其感应部分水银管的上半部分暴露在空气中，而下半部分则埋入土壤中。这样测出的温度已不是气温，而是大气与地表结合部的温度状况。地中温度用曲管地温表、直管地温表或插入式地温表测定。地面在白天和夏季温度高，夜间和冬季温度低，日、年变化明显。这些变化一般随深度增加而减小。地温最高、最低值的出现时间，随深度增加而延迟。地温的高低对近地面气温和植物的种子发芽及其生长发育，微生物的繁殖及其活动，有很大影响。气象站一般观测地面以及地面以下5厘米、10厘米、15厘米、20厘米、40厘米、80厘米、160厘米和320厘米深度的地温，以及地面每天的最高、最低温度。从地面到20厘米深度每天观测4次，40厘米及以下每天观测一次，因为地下深处地温的日变化是很小的。
冻土是指土壤温度降到0℃以下发生了冻结。因为即使在冬季，地表土壤白天也常发生融化，因此冻土要观测上限和下限两个深度。北方冬季冷暖空气交替比较频繁，气温变化急剧的时候，有时冻土会有2层甚至3层。测量冻土深度的一般方法是将灌满蒸馏水，两端密封的塑胶管，垂直放在埋入土中的管筒中。哪段冻哪段不冻一看便清楚。
能见度观测的“能见”是指人眼能将远方目标物的大体轮廓，从天空背景上分辨出来。气象站观测能见度需要选一系列从近到远的目标物，例如大树、大桥、建筑物、山头、古塔等等。事先量好距离，绘成图挂在墙上。到时最远看到哪个目标物就是当时的能见度（米）。能见度观测对于航空和交通运输是至关重要的。
（第二节）地面气象观测
在各种地面观测平台上，用仪器及目力对气象要素和天气现象进行测量和观察的方法和技术。又称地面观测。由于观测的结果需在一个国家、一个大区以至全球范围进行分析比较，所以，气象站的位置，气象仪器的精度及其安装使用方法，观测时间和观测项目，观测方法和记录方法以及观测结果的传递等各方面，都必须按世界气象组织和国家气象部门的统一规定进行。一、地面气象观测简史地面气象观测是气象观测中开始最早、发展最普遍的一类。在没有气象仪器之前，全凭目力（风、云和各种可见现象）和感觉（冷、热、干、湿）判定。在气象仪器发展的基础上，17～18世纪欧洲陆续组建了气象观测网。至19世纪末，随着通信网络的发展，基本建成了系统的气象台站网。此后，由于各种气象仪器的创制和新技术的应用，常规观测逐渐向自动化遥测过渡。二、地面气象观测分类地面气象观测按其不同的内容和用途，可分为天气观测、气候观测、专业观测和专项观测等。（一）天气观测主要是为天气分析和天气预报提供气象情报进行的观测。按其作用不同，它又分为基本天气观测、辅助天气观测和补充天气观测三种。
基本天气观测按世界气象组织统一规定的观测时次和项目进行，为日常天气预报绘制地面天气图提供气象资料。观测时间为世界时00、06、12、18时（相当北京时间08、14、20、02时）。观测项目为：气压（包括测站高度订正至海平面的气压值、3小时气压倾向和特性）、气温（包括测时气温和日最高和最低气温）、湿度、现在和过去一小时的天气、云况（云量、云状、云高、云向）、风向、风速、水平能见度、降水量、地面状况和特殊大气现象等。海上船舶天气观测还要测定船的航向、航速、海水温度，波浪的方向、周期和浪高，海冰和海上特殊现象等。观测结果经记录和计算，编成电码，在规定时次的正点后十分钟内发出情报。
辅助天气观测是为绘制辅助天气图提供气象情报进行的观测。观测时次为世界时03、09、15、21时（相当北京时间11、17、23、05时）；其观测项目和基本天气观测大体相同。
补充天气观测是在以上两类观测的时次之间，为更及时地观测天气的变化，或满足某些特殊需要而进行的观测。其具体观测时次及观测项目按需要而定。（二）气候观测主要是为气候分析研究积累资料而进行的观测。其观测时次和项目由各国自定，我国气象部门规定：时次和基本天气观测一致，项目和天气观测类似，另增加日照时数、各层土壤温度、蒸发量和积雪等。（三）专业观测指适应各专业需要而进行的观测，如农业气象观测、林业气象观测、水文气象观测、航空气象观测等。它们的观测时间、次数、项目都按各专业服务的要求而定。如农业气象站，通常都加测各层土壤湿度、作物发育期和物候现象；航空气象观测要求着重对能见度、低云高、低层风向风速以及雾、雷暴等危险天气现象的观测；水文气象站则着重对降水、蒸发等的观测。（四）专项观测指采用一些专门的设备，分别对云雾物理、辐射、天电、大气臭氧、大气污染等进行的观测。其观测项目（单项或多项）、时间、方法和设备，均按不同需要而定。如辐射观测包括连续记录太阳总辐射和天空辐射，定时测量直接太阳辐射，记录日照时数等。三、气象观测场气象观测场是安置室外仪器设备和进行观测的场所。要求设在对当地的天气和气候具有一定代表性的地点，如：四周空旷，场地平坦，远避坡谷、水泽和林木等地形地物的影响。场地的标准面积为25×25米，场内保持不超过20厘米高的均匀草层，围栏涂以白漆，防止辐射影响。
（一）地面气象站
气象观测员对天气进行不间断的观测是地面气象站的日常重要内容。他们用眼睛观测各种气象要素，如云量、能见度、雨量、风向、风速等。一般地说，这只能得到估算的数据参数，经验很重要。此外，他们还用各种仪器设备来测量大气的温度、湿度、气压、风力等。在这里，温度常用摄氏度（℃）表示，湿度常用相对湿度、水汽压或露点湿度来表示。气压计算单位是百帕。风向用方位来表示，风速要在10米高的风杆上测量，其单位是米／秒。地面气象站观测项目很多，雨量、蒸发量、日照量、地温、积雪、太阳辐射等都应包括在里面。要强调的是，地面气象站的观测方法很统一，它们都要参照联合国气象组织和国家气象局制定的《观测规范》。观测的仪器性能、规格和计量单位也要符合国际标准。
（二）自动气象站
自动气象站的最主要特点就是不用人工操作、所有的测量监视及数据收集完全由仪器自己完成的全自动气象站。它们常常被安置在高山、海洋、沙漠、高原上。由于地球表面面积广大，人力物力有限，建设地面气象站的数目不可能很多，自动气象站弥补了地面气象站的不足。
自动气象站从诞生至今发展迅速，目前我们所采用的是第三代自动气象站技术。第一代研制于20世纪50年代末，当时它只能测量温度、湿度、气压、风力、风向、降水等少数几个要素。20世纪60年代中期，由于半导体元件和脉冲数字电路的普及，第二代自动气象站产生。它的感应元件能观测云高、降水、辐射总量、雷暴等。但是这种气象站不能自动处理观测资料。20世纪70年代后，自动气象站已发展到第三代，电子计算机和卫星通信技术的兴起，使自动气象站自动化程度大为提高。
到目前为止，有好几千台自动气象站已在全世界投入运行。有一些国家还建立了自动气象站网系统，称之为自动气象遥测系统。这种系统由中心站和野外站组成，中心站控制着野外站，野外站的主要任务是观测，它由铁塔、传感器、电子线路等组成。我国在“七五”期间就研制出了自动气象站，它们分别安装在内蒙古、青海等地，定期通过静止卫星向地面接收站发送各种气象信息，效果良好。
但是，自动气象站由其自身特有缺陷，也并非完美无瑕。它需要定期检修，它的观测项目有限，而且其准确性和可靠性赶不上目测，所以，它只能是一种地面气象站的辅助物。未来的气象站或许是两种气象站的有机结合，就像计算机不能完全代替人一样，将来的气象站只会模糊两者的界限。
（三）气象观测塔
在前两种气象站的基础之上，人们又发明了气象观测塔。气象观测塔是一种特殊的气象观测装置，它恰好是为特殊观测而设的。
在实际的气象工作中，气象观测塔常常被用来观测大气边界层。其实，用于边界层探测的东西很多，如系留气球、低空探测仪、特殊飞机、声雷达、激光雷达、红外和微波探测器等。但它们的观测效果有很大的局限性，主要是间断不连续，而且因为不是直接探测，结果需要核对，所以人们对之并不十分满意，而气象观测塔却有这方面的优势。
用气象观测塔观测大气边界层，其优势以及好处不言而喻。作为特种观测来看，目的很明确，其了解的是对地表几十米至上千米这一范围大气的温湿度，以及高度分布随时间的变化状况。这种观测能为数值天气预报提供不同高度的准确数据。另外，它对高层建筑设计也给出了一些参考资料，因为不同高度的建筑对风力的考虑不容忽视，能否节省建设资金，又提高质量，是建筑设计的重要问题。气象观测塔，有专一性质的，如我国1979年在北京北郊建立的高约325米的专用气象塔；也有多用途的，如一些电视塔、广播塔、导航信号发射台，气象观测只是其“业余”任务的一部分。不过，这些塔身都是用钢筋混凝土筑成的，升温快，降温也快，为了避免观测仪器受塔体的影响，一般仪器感应部分都离塔体较远，形成水平伸臂。所以，这些塔从近处看去，像全身长满了长长的刺似的。
四、主要气象观测仪器的安置测定空气温度和湿度的仪器安置在百叶箱内。百叶箱的种类很多，常用的百叶箱为木质结构，四壁呈百叶窗式，一面为门，箱顶和箱底由高低不同的几块木板做成，箱内外涂以白漆，以使箱内仪器免受太阳光直接照射和降水、强风的影响，且使箱内外空气自由流通。箱下支架固定在气象观测场上，箱门朝北，箱底离地面有一定高度。箱内干、湿球温度表球部距地面的高度为1.5米，最高、最低温度表则略高于1.5米。测定气压的气压表安装在通气而无空气流动、光线充足又不受太阳直射、气温变化小的室内。测定风向风速的仪器，其感应部分装在观测场内距地面10米高的测风杆上。观测时读取两分钟内的平均风向和风速值，可在杆旁直接观测，也可由电缆通到观测室内记录和读数。测量降水量的仪器是安装在观测场内的雨量器（计），雨量器（计）口离地高度一般为70厘米。各种自记仪器分别安装在室内（气压计）、百叶箱内（温度计、湿度计）、观测场内（雨量计、日照计），定时上自记钟发条和更换记录纸便能自动记录。由目测发展到仪器测量，再由仪器测量发展到观测过程、资料传递、计算和储存的自动化，是观测技术发展的方向。
（第三节）高空气象观测
一、气象飞机
