风筝能够飞上天，当然可以用于大气探测。据说，大约在1749年时，携有温度表的风筝就到达了云层深处进行过温度测量。大家熟悉的科学家富兰克林也于1725年把风筝升到了雷雨云中，从而证明了闪电与摩擦生电是一个道理。所以说，风筝在大气探测史上还有过功勋呢。风筝最大的好处在于它设备简单、造价低廉、上升容易，但是它的上升高度有限，充其量不过三千多米。再者风筝容易断线，在地面建筑物和丛林多的地方还不能施放。这样一来，到19世纪之后，风筝就只作为玩具形式而存在了。
探空气球
早期的气球充满了热空气，后来为了安全，由乳胶制成的气球出现，灌入适量的氢气，借助空气的浮力就可以上升。现代的载人气球高度已达三十多公里，是在20世纪60年代创下的纪录，对于探测大气的风筝高度来说，是个不小的突破。气球用于大气探测大约是在1893年，当时法国使用的是橡胶做成的气球，上面携有气象仪器升到了16公里的高空。早些时期，气球上面的气象仪器需要气球破裂，然后摔下来后才能获得各种气象数据；而现代常常使用无线电探空仪器，无需回收。
气球探测可以分成以下几种：
一是系留气球，又称风筝气球。它用绳索维系在地面上，其形状有的像船，有的像球。气球上面都带有测量温度、湿度、风向、风速的仪器。这些仪器要么用无线电发送测得的数据信号、要么直接采用有线传输的方式。系留气球的高度可以由绳索控制，不过一般只有几百米，它主要用于低空大气的探测。
二是探空气球。这种气球下面悬挂着探空仪。探空仪带有温度、湿度、气压三个传感器、转换器和发射机。气球升空后，会随时把测得的气压、温度、湿度等数据转换成无线电信号，再发送到地面，地面再经过信号转换得出探测结果。探空气球有的很低，只能测定2000米以下范围的大气物理状态；有的很高，可达到3万米的高空。我国的探空气球可达离地面2.5万米以上的位置。
目前全球约有一千多个高空气象观测站，每天定时施放探空气球，由此获得常规的高空气象资料。这些资料可以加工成气象台预报人员使用的高空天气图。
三是平衡气球。它也叫无外力气球或定高气球。此气球施放后，球体可以保持在某一高度上，随着空气水平飘移。如果使用经纬仪和测风雷达，就可以判断其所在的位置；再根据其时间的变化，就可以求出同一高度层的大气各个气象数据。
平衡气球有的定点于平流层上，顺着西风带，可以围绕地球飘行。平衡气球的探测仪器和无线电发报机常常靠太阳能电池来供电，其信号则通过卫星直接转发到地面接收站。
四是“母球”系统。它包括一个大型气球和在飘飞途中逐次下投的探空仪。探空仪在下落时一边探测大气一边发报，母球接收到它的数据后，再经过卫星中继站传给地面站。
气象火箭
火箭有上千年的历史，但现代火箭投入运用的时间却不长，至于气象火箭的使用年限更短。目前使用气象火箭进行大气探测的国家有二十多个。一些国家，如美、苏、英、法、日等设置了许多气象火箭探测点，建成了全球气象火箭网，定期发射火箭，互相传递信息。我国的探空火箭已能发射到离地面120～140公里的高度，在海南省还建有探空火箭发射场。
火箭飞行依靠的是它本身携带的固、液体燃料，它的速度快，可以达到上百公里的高度，因而它填补了气球和卫星所在高度之间空白区的大气探测。但是火箭飞行的时间短，仪器因空气摩擦产生的温度也高，而且火箭本身需要制导系统，这些都给火箭的大气探测带来了不便。为了取得更大的收获，一些光学经纬仪、高精度气象雷达、计算机等常常与气象火箭配合，以弥补气象火箭的先天性不足。
运用火箭探测大气的方法有以下几个：一方面，火箭在上升途中运用其所带的仪器直接测量，这种方法常见于早期，现已淘汰；另一方面，火箭在上升时，可以按时将其携有的仪器分开，仪器再依靠降落伞缓慢下降，自动测量；还有一个就是火箭在上升或下降时，陆续释放出不同的仪器。这些仪器有的是探空仪，它们将所测的温度、湿度、气压和风向的数据，通过无线电发射机准确地发回地面；有的是各种跟踪物，如纳云、金属丝、无声榴弹、带反射靶的气球带，用以测量不同高度的风速、风向等。还有的你怎么也想不到，它们竟然是取样瓶，在取得空气样品后，能返回到地面。
气象火箭的类型有大有小。小的只测几种常规要素，大的能探上十种要素。气象火箭美国有洛基、阿卡斯型号；日本有MT—135型号；英国有大鸥火箭；俄罗斯有MP—100和MMP—06型号等。
多面手的飞机
飞机的诞生到现在还不到100年，但由于飞机有其卓越的性能，这使它在高空大气探测上显示出得天独厚的优势。飞机在垂直高度和水平范围的机动灵活性都比较好，因此它比气球、火箭的本领要大得多。飞机在气象上得到运用的有螺旋桨飞机和喷气式飞机；也有少量中低空飞行的各种飞机，如直升机。
飞机有一个最大的优点，就是能够载上各种遥感仪器。这等于是说在空中设置了一个气象平台，有利于提高天气预报水平。另外，经过特殊改装后的飞机可以在台风眼中飞行，在核爆炸后的蘑菇云中飞行，甚至可以在积雨云的附近探测云中的水量及气流分布的情况。当然，飞机还可以用来人工降雨，这里已是题外话了。
气象飞机是为了填补空中气象情报的不足，或者是为了执行某种特殊任务而用的，它需要安装有特殊的仪器设备。一般地讲，气象飞机除了装有测量大气温度、湿度、气压、风速、风向的仪器和数据处理机外，部分的还有红外线、微波遥感设备，用以测量海水温度、云粒子分布、臭氧等。
飞机的外表也很独特，如有的飞机机身某处有凸出的雷达天线罩，它是为保护雷达而设置的，为的是使雷达天线更方便地获取云、降水、台风、冰雹等数据参数；还有的头部有一个尖尖的鼻子，可别以为它是歼击机的空速管，其实它是特地用来测量温度的设备。
运筹帷幄的雷达
雷达运用于气象上，是二战期间的事。由于雷达在搜索敌方飞机、舰艇目标时，云和雨在荧光屏上的意外出现严重干扰了军事搜索，但受其启发却产生了气象雷达。此后，精明的英国人首次用军事雷达对一块降水云体进行了成功的观测，并做出了天气预报。于是，各种气象探测雷达如雨后春笋般地发展起来。
气象雷达是如何测定天气的呢？说到这儿，大家会情不自禁地想起蝙蝠飞行和捕食的原理。没错，蝙蝠靠的是嘴发出的超声波，它的耳朵能接收回声，并由此判断前方障碍物的位置距离。气象雷达的发射机按时通过天线发射高频的电磁波，电磁波遇到云雨等目标后，经过折射、散射、绕射，就产生了回波，雷达天线接收后再交给接受机处理，这样就观察到了云雨的存在。
电磁波的传播速度是每秒30万公里，根据发射脉冲和接收回波的时间间隔，经过核算，就可以得出云雨和雷达之间的距离。另外，根据雷达天线的仰角与方位角，也可以确定降水的性质和降水强度。
气象雷达测定内容有测云、测雨、测风、测雹等等。测云和测雨雷达使用的波长较短。如有用8.6毫米或1.25厘米波长的测云雷达，测量不降水的云；用波长3.5厘米或10厘米的测雨雷达，可探测可能降水的云。10厘米波长的雷达宜用于探测大粒子降水（如冰雹）或大范围强降水（如暴雨、台风雨）。
测风雷达常需要悬挂有一个角反射耙的气象气球的帮助。
雷达按使用效应不同也可分成不同种类，这里举多普勒雷达、声雷达、激光雷达简要谈谈。
多普勒雷达，是用多普勒效应来测定云和降水粒子等运动速度的雷达。
激光雷达，是利用一种特殊的光——激光制造的雷达。激光亮度高，方向性强，发射角小，有人称它为“目光犀利”、“明察秋毫”，一点也不为过。它的亮度比太阳光还高，红宝石激光器产生的亮度比太阳光要亮上百亿倍，可以看到大气中的气体分子、烟尘等溶胶粒子。而且它单色性好，一般普通光源有很宽的光谱，而激光只有单一频率。激光雷达中，红宝石激光雷达有几十年的历史，我国在1966年就研制出了第一台百兆级的红宝石激光雷达。激光技术发展很快，并出现了分枝，如多普勒激光雷达、拉曼激光雷达、差分吸收激光雷达等，它们在监测大气环境方面起了不少作用。
声波在不均匀的大气中散射本领要比无线电波和光波大，利用这一特点制造出来的雷达叫声雷达。大气温度、湿度、风速变化对声波折射率的影响，一般要比无线电波和光波要大上千倍，所以声波的散射量要比无线电波和光波长。
声雷达最简单的用途就是测定大气中某些目标物的位置。如果要测定大气湿度，则需要通过发射两个不同频率的声波；如果再加一个温度，就要发射四种不同频率的声波。声雷达对低层大气的遥感探测成效显著，它造价低廉，使用方便，深受各国的青睐。我国在1975年就研制出了声雷达，据悉，在大气探测方面已经取得了可喜的成果。
雷达技术发展迅速，目前与之相关的一些较完善的探测系统相继问世。
如计算机与天气雷达相连的数字化天气雷达探测系统，它已经远远超出了对天气现象的监测，对洪水预报、江河水位的监视都完成得很好。再如多普勒天气雷达系统，它对警戒龙卷风有特殊的本领。还有一些天气雷达系统，如双波长雷达探测系统、圆盘振波雷达系统，也在发展中。
巡天遥看的卫星
自从1960年1月美国第一颗气象卫星泰罗斯1号升空以来，俄罗斯、日本、中国、法国等都拥有了自己的气象卫星。气象卫星的问世，为太空探测大气翻开了新的一页。
气象卫星不同于气球、飞机、火箭等直接运用气象仪器探测，因为它使用的是遥感技术。遥感技术，就是不实际接触被测对象——大气，而是从远处高空感知事物的性质。但它又不同于雷达的遥感，如微波雷达、激光雷达、声雷达都需要人工主动地发射波动信号，通过回收大气相互作用信号来摸清大气的状况；气象卫星只利用天体信号源（如太阳），或直接接收大气本身发射的信号（大气信号源），就可达到探测的目的。按专业术语讲，它属于被动探测系统。
气象卫星利用它的探测器，接收被测目标发射或反射的电磁辐射，就可以测出大气的性质与状况。气象卫星有两个杰出作品，叫可见光云图和红外云图。可见光云图，简言之，就是用照相方式获得的云图，它用辐射仪器直接接收大气反射的太阳光成像。可见光云图很直接，只与反射率有关，如白色部分可能是反射率高的积雪和厚云；黑色的可能是反射率低的陆地或海洋。红外云图也不难理解，因为任何物体都具有温度，温度不同，发射的红外辐射就不一样，根据这种原理就可以得到一张反射不同物体的红外特别图像。当然，我们看到的电视卫星云图是经过计算机加工处理的，并非原图。
气象卫星可以探测大气的温度、湿度以及不同气体的含量。如波长为6.3微米左右的水汽对红外辐射吸收能力很强，如果在卫星探测器上装有波长为6.3微米的滤光片，就可以发现大气中的水汽含量。气象卫星的探测能力正在逐渐增强，它已由最初的电视摄像方式发展为扫描辐射仪和分光计（可见光、红外和遥感的结合），可以获取昼夜高低分辨率云图和大气要素以及环境参数的定量资料。卫星资料的传输已发展为速率更高、抗干扰力更强的数字制方式；在资料处理方面，人机对话系统已经建立。
气象卫星按运行轨道可以分成两种，一种叫地球静止气象卫星，高度约为36，000公里左右，绕地球一周的时间为24小时，正好与地球自转速度相同，因而，从地球上看，好像卫星是静止不动的。目前，全球上空的静止卫星每30分钟可获得一张云图照片，通过连续图片的拼接，可以知道云的移动形势、高度、湿度、海水温度等。地球静止卫星已经发展了几代。在这之中，欧洲气象卫星组织已经和准备从1988年到2006年，分别发射3—7、MSG—3，共10颗气象卫星；印度将从1990年到1998年分别发射印度卫星1d、2a、2b、2e气象卫星；日本从1984年到1999年要发射向日葵—3———5号，气象卫星—1号共四颗卫星；美国从1987年到2004年要发射地球静止环境业务卫星—7、I～M号六颗卫星；俄罗斯计划从1994年到1997年发射电子—1，电子—2气象卫星。
另一种叫极地轨道气象卫星，高度约为800～1000公里。它每天围绕地球运行14圈，可以对世界各地巡视两遍。由于这种卫星采用的是太阳同步轨道，所以每天几乎在同一时间经过同一地区的上空。显然，每天获得的观测资料由于时间相同，因而具有可比较性。极地轨道卫星探测的内容除了静止卫星的以外，还包括洪涝灾害、森林覆盖、气压、臭氧总量等。极地轨道气象卫星也发展了几代。目前美国有实验研究性气象卫星雨云系列；前苏联从1969年开始发展了流星系列，包括Ⅰ型和Ⅱ型。我国从1988年开始已发射了风云号系列卫星。最近在十几年中，一些国家和地区还将发射新的极地轨道气象卫星，这包括：欧洲气象组织预计2000年发射的极地轨道气象卫星—1———3；美国国家海洋大气局预计到2006年发射的—11、—12、—J———N9、NPOESS—1———3，共11颗卫星；中国到上世纪末以前发射的风云—1C、—1D型卫星；俄罗斯预计到2000年发射的流星2—21、3－5～8、3M—1～2六颗卫星。
日益密集的天气监测网
随着科学技术的发展，科学家们已经不满足于单纯的依靠气象站、飞机、火箭、雷达、卫星的大气探测，而是把它们统一地规划，系统地结合起来，从而形成了一张奇特的天气监视网。
从1962年初开始，世界气象组织就开始着手制定世界天气监视网计划，即WWW计划（WorldWeatherWatch）。第五届气象组织大会批准了WWW的第一期计划。WWW计划是世界上对地球大气监测规模最大的计划。
