1.1 人类观测天气的方法
人类的生存和发展离不开天气。在古代，人们的生活和农业生产主要是靠天吃饭，现代社会的生产和人们的生活也同样与天气和气候密切相关。因此，认识天气和气候十分重要，同时人类还要学会适应天气，保护赖以生存的地球。
1.1.1 用眼睛看天气
人类的生产、生活与气象有密切的关系。早在远古时期，就有人类进行气象观测的记载。中国商代的甲骨文中记载了风、云、雨、雪等各种天气现象。自周代至清代，多数朝代均设立天象行政机构和业务部门，留下了很多珍贵的观测记录文献。古人观测气象以目测和定性观察为主，为了满足生产、生活的需要，在长期的生产实践中，人们根据对天气现象和云、雨的观测指导农事活动，归纳出了民间的天气和气候的规律及谚语，如我国的二十四节气及一些耳熟能详的谚语。天气谚语有“月晕而风，础润而雨”“朝霞不出门，晚霞行千里”之类；气候谚语有“喜鹊搭窝高，当年雨水涝”等。
记载天气现象的甲骨文
朝霞不出门，晚霞行千里
早晨出现红霞，预示有雨，不宜出门；
傍晚出现红霞，预示天晴，可以远行
1.1.2 用仪器测量天气
随着温度计、气压计和探空仪等的发明，人们观测天气从目视与大概描述转换为精确定量观测
从16世纪后期到20世纪初，随着工业革命的深入和近代科学技术的发展，人们相继发明并联合使用专门用于气象观测的仪器，如温度计、湿度计、气压计和风速计等，奠定了地面观测的基础。1593年，伽利略发明了温度计；1643年，托里拆利发明了水银气压计；1783年，索热尔发明了毛发湿度计。尽管当时已经有了气象观测仪器，但在19世纪通信新技术出现之前，气象科学一直停留在未经证实的理论和哲学讨论阶段，这是因为当时的气象观测是无组织的，也没有人将观测资料收集起来进行分析。
地球上大气的流动是全球性的，因此天气预报需要使用全球的气象观测数据和理论模型。20世纪20年代出现了无线电探空仪，大气三维空间结构的立体探测得以实现。1946年出现了通用电子计算机，它的一个重要应用就是预报天气。电报的发明和应用，使得气象观测信息可以快速传递，地面台站网逐步建立，将不同区域在同一时刻观测的气象要素绘制在一张图上成为现实。由此，第一张天气图在英国产生，人类开始通过实际观测资料和现代科学方法进行天气预报。
1.1.3 飞到天空看天气
20世纪20年代，高空观测开始起步，高空观测网逐渐建立，人们对大气的观测从近地面扩展到距地面二三十千米的空间；20世纪40年代，探空火箭研制成功，进一步将观测范围扩展至距地面100km的空间。高空观测的发展使人们获得了大气的三维空间结构信息，掌握气象的演变过程成为现实，同时推动天气预报能力上了一个新台阶。
探空气球、飞机、探空火箭的发明，使人们观测天气的高度范围逐渐从地面扩展至距地面100km的空间，观测范围大幅提高
1.1.4 从大气层外看天气
20世纪50年代以前，气象观测数据主要依赖于气象站的地面和高空观测，而占据地球绝大部分面积的海洋、高山、荒漠地区的气象观测数据仍是空白的。观测资料的不完整使得天气预报的精度很难提高，直到1960年气象卫星及各种遥感仪器的出现，才给气象科学的发展带来新的转机。1957年人造地球卫星及1960年气象卫星的出现，标志着气象观测进入全球大气遥感探测的新时代，实现了全球范围（空间）和全天时（时间）的连续观测。有别于“不识庐山真面目，只缘身在此山中”的地面气象观测站，气象卫星在大气层外看天气，具有范围广、频次高、时效快、数据质量高等特点，同时其观测不受自然条件和地域条件的限制。
世界上第一颗气象卫星TIROS-1（1960年）
气象卫星小词典：人造地球卫星及其分类
人造地球卫星指环绕地球飞行的无人航天器，简称人造卫星，按照应用可分为通信卫星、导航卫星、遥感卫星和科学实验卫星四大类。气象卫星是遥感卫星的一种，主要用于对地球、云和大气的观测，与人们的生活息息相关。
气象卫星装载了各种气象遥感仪器，接收和测量地球及其大气层反射的可见光、发出的红外和微波辐射，并将其转换成电磁信号传送给地面站。地面站将卫星传来的电磁信号复原，生成各种云层、风速与风向、地表和海面图像，再经进一步处理和计算，得出各种气象参数。
1.1.5 天地一体观天气
随着科学技术的进步和发展，地基、空基、天基各种观测方法相互协调配合的天地一体化综合气象观测系统逐渐形成。地基观测主要以各种气象观测雷达和自动化气象观测站为主，可以实现对一定区域近地面的风、降水和冰雹等天气的精确测量。地基观测与天基观测相比，不受观测仪器体积和重量的限制，观测精度高，但观测范围有限。空基观测可以实现从地表到100km高度的大气垂直方向参数探测。天基观测不受时间、空间和天气条件的限制，观测范围广，可以实现全球大气的连续观测。地基、空基和天基大气观测协调互补，构成了现代化的综合观测系统。
极地轨道气象卫星
气象卫星的诞生在大气科学史上具有划时代的意义，同时也是天气预报发展史中的一次飞跃。气象卫星具有观测范围广、周期短、数据综合性强、信息量大等显著优势，其提供的大量气象数据，可以将一个地点与另一个地点的气象要素有机地联系起来，使人们从“坐井观天”开始“放眼世界”，并逐渐发展成为气象部门分析和预报天气的重要工具。