人类在日常生活中，比较关注气象的问题，依此安排自己的出行、生产等问题。这里的气象也就是我们常说的天气。天气是指经常不断变化着的大气状态，既是一定时间和空间内的大气状态，也是大气状态在一定时间间隔内的连续变化，所以可以理解为天气现象和天气过程的统称。天气现象是指发生在大气中的各种自然现象，即某瞬时内大气中各种气象要素（如气温、气压、湿度、风、云、雾、雨、雪、霜、雷、雹等）空间分布的综合表现。天气过程就是一定地区的天气现象随时间的变化过程。本章着重讲述了大气层、天气与人类生活、天气预报、气象卫星，以及各种天气现象。
大气层概说
天气和大气是密不可分的，所以要讲清楚天气的问题，我们必须从大气入手。
这里所说的大气，就是大气层。大气层又叫大气圈，它是包围在地球周围的一层很厚的气体。大气层的成分是氮气、氧气、氩气、二氧化碳以及少量的稀有气体和水蒸气。按体积计算，氮气约占781％，氧气约占209％，氩气约占093％，二氧化碳、稀有气体和水蒸气约占07%。
大气层的厚度在1000千米以上，但没有明显的界限。大气层中空气的密度随着高度的增加而减小，高度越高空气就越稀薄。随着高度的不同，大气层也表现出不同的特点。根据不同高度的大气层表现出的不同特点，科学家把整个大气层分为5层。这五层从下往上分别是对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。我们平时所见到的阴晴雨雪和风霜雷电等大部分天气变化就发生在对流层中。
对流层位于大气层的最底层，它集中了约75％的大气质量和90％以上的水汽质量。它的下界与地表相接，上界高度随地理纬度和季节而变化。在低纬度地区平均高度为17～18千米，在中纬度地区平均为10～12千米，极地平均为8～9千米，并且夏季高于冬季。在对流层中，气温随高度升高而降低，平均每上升100米，气温约降低065℃。气温随高度升高而降低是由于对流层大气的主要热源是地面长波辐射，离地面越高，受热越少，气温就越低。但在一定条件下，对流层中也会出现气温随高度增加而上升的现象，称之为“逆温现象”。
天气概说由于对流层离地表最近，所以受地表影响也最大。我们知道冷空气要比热空气重得多，所以在对流层中，空气总是从上往下有规则地运动着，这就是对流层中的空气垂直运动。但是气象要素（气温、湿度等）在对流层中的水平分布并不均匀。有的地方气温高一些，有的地方气温低一些，所以在对流层中空气的无规则的乱流混合运动也很强烈。空气有规则的垂直运动和无规则的乱流混合运动就导致了对流层中上下层水汽、尘埃、热量发生交换混合。水汽、尘埃和热量等要素的不断交换，就产生了云、雾、雨、雪等天气的变化。这种变化是怎样产生的呢？这就涉及天气系统了。
知识点大气层的结构
天气系统的变化大多在对流层内完成。科学家根据气流和天气现象分布的特点又将对流层分为下层、中层和上层。
下层：下层又称扰动层或摩擦层，其范围一般是自地面到2千米高度。随季节和昼夜的不同，下层的范围也有一些变动，一般是夏季高于冬季，白天高于夜间。在这层里气流受地面的摩擦作用的影响较大，湍流交换作用特别强盛。通常，随着高度的增加、风速增大，以及风向偏转，这层受地面热力作用的影响，气温亦有明显的日变化。由于本层的水汽、尘粒含量较多，因而低云、雾、浮尘等出现频繁。
中层：中层的底界在摩擦层顶，上层高度约为6千米。它受地面影响比摩擦层小得多，气流状况基本上可表征整个对流层空气运动的趋势。大气中的云和降水大都产生在这一层内。
上层：上层的范围是从6千米高度伸展到对流层的顶部。这一层受地面的影响更小，气温常年都在0℃以下，水汽含量较少，各种云都由冰晶和过冷水滴组成。在中纬度和热带地区，这一层中常出现风速等于或大于30米/秒的强风带，即所谓的急流。
为了对大气层和天气的变化有一个比较全面的认识，我们这里对除对流层以外的大气层也做一简单的介绍。
平流层：平流层位于对流层之上。在中低纬度地区，平流层位于离地表10~50千米的高度，而在极地，此层则始于离地表8千米左右。与对流层不同的是平流层上热下冷。平流层之所以与对流层相反，随高度上升气温上升，是因为它的热量主要来自太阳辐射。因为平流层垂直气温分层表现出高温层置上而低温层置下的特点，所以这一层的大气运动较为稳定。正是基于对平流层大气状态相对稳定的认识，商业客机一般都是在离地面10千米的高空飞行的。当然，这一层的大气也不是绝对稳定的，飞机在这一层飞行的时，有时也会遇到强烈的气流，这大多是因为在对流层发生了对流超越现象。
中间层：中间层在平流层之上，又称中层。它的高度一般为离地面50千米到80千米之间。中间层的温度和对流层一样，也是随着高度的上升而降低，但是这一层的大气运动并没有对流层那样强烈。这是因为中间层的空气非常稀薄，几乎无法构成运动的主体。由于中间层在飞机能达到的最高高度和太空飞船的最低高度之间，所以人们对这一层大气的认识非常少。科学家风趣地把这一层称为“忽视层”。
暖层：中间层以上就是暖层，又称热层。它大约距地球表面100~800千米。暖层最突出的特征是当太阳光照射时，太阳光中的紫外线被该层中的氧原子大量吸收，因此温度升高，故称暖层。暖层的特点是，气温随高度增加而增加，在300千米的高度时，气温可达1000℃以上，像铅、锌、锡、锑、镁、钙、铝、银等金属，在这里也会被熔化掉。暖层中的氮、氧和氧原子气体成分，在强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下，已处于高度电离状态，所以也把暖层称为“电离层”。电离层的存在，对反射无线电波具有重要意义。人们在远方之所以能收到无线电波的短波通讯信号，就是和大气层有此电离层有关。
散逸层：散逸层是大气的最外层，它的上面就是星际空间了，所以这一层又被称外层或外逸层。散逸层的温度很高，空气粒子运动很快，又离地心较远，地球引力作用小，所以这一层的大气质点经常散逸至星际空间，故名为散逸层。散逸层位于地表800千米以上，它的空气以电离状态存在，而且非常稀薄，已经接近星际空间了。但是这一层对人类来说也非常重要，因为火箭、卫星和空间站等都在这一区域运行。
天气预报概说
天气对人类的生产、生活和身心健康的影响如此之大，所以人们对它的探索和研究也一直没有停止过，天气预报就是其中最伟大的成就。说起天气预报，我们还是先说说古人预报天气的方法吧。
天气谚语
我们的祖先在与大自然的斗争中对天气的变化进行观测并积累了丰富的经验。早在3000多年前的殷墟甲骨文中就有许多关于气象的记述。春秋战国时期荀子在“天论”中指出“天行有常”，这句话的意思就是说天气气候的变化是有客观规律的。荀子还提出要“制天命而用之”，这就是说人要认识、利用和改造天气和气候。
蚂蚁搬家预示着要下雨了最能说明古代劳动人民对天气认识的就是天气谚语了。东汉时王充在《论衡·变动篇》中说：“故天且雨，蝼蚁徙，蚯蚓出，琴弦缓，痼疾发。”这句话的意思是天要下雨就会有蚂蚁搬家、蚯蚓出洞、琴弦变松，以及人体的一些老毛病复发等现象出现。北魏贾思勰在《齐民要术》中也叙述有天气谚语“天气新晴，是夜必霜”等。时至今日，关于天气的谚语有多少已经没办法查证了。更由于中国地域辽阔，各地天气气候有所差异，因此各地的天气谚语也有所不同。但是天气谚语内容丰富，大多时候都能准确地预报当地的天气。
北起黑龙江，南至南海诸岛，东起东海，西至新疆、西藏，到处都有天气谚语。例如黑龙江有“初冬寒，春雨多”，南海的西沙群岛有不少关于台风的天气谚语，如“古龙晒太阳，不久台风狂”。东海同样有很多关于长、中、短期天气变化的谚语，如舟山群岛的“上灯遇风暴，稻花风吹落”，这句谚语的意思是说：正月十三（上灯）到十八（落灯）如果遇上偏北大风，则预示着6、7月早稻扬花或收割的时候会有台风影响。新疆、西藏也都有不少天气谚语，如新疆南部的“冬雪大，来年春暖多风沙”，西藏的“春天风沙大，夏天雨水少”等等。
天气预报是怎样产生的
虽然人类在很早以前就注意到了天气变化的一些特点和规律，但是现代意义上的天气预报发展却比较晚。天气预报是怎样诞生的呢？这要从一场战争说起。
1853至1856年，为争夺巴尔干半岛，沙皇俄国同英法两国爆发了克里木战争，正是这次战争，导致了天气预报的出现。这是一场规模巨大的海战，1854年11月14日，当双方在欧洲的黑海展开激战时，风暴突然降临，最大风速超过每秒30米，海上掀起了万丈狂澜，使英法舰队险些全军覆没。事后，英法联军仍然心有余悸，法军作战部要求法国巴黎天文台台长勒佛里埃仔细研究这次风暴的来龙去脉。那时还没有电话，勒佛里埃只有写信给各国的天文、气象工作者，向他们收集1854年11月12至16日五天内当地的天气情报。他一共收到250封回信。勒佛里埃根据这些资料，经过认真分析、推理和判断，查明黑海风暴来自茫茫的大西洋，自西向东横扫欧洲，出事前两天，即11月12日和13日，欧洲西部的西班牙和法国已先后受到它的影响。勒佛里埃望着天空飘忽不定的云层，陷入了沉思：“这次风暴从表面上看来得突然，实际上它有一个发展移动的过程。电报已经发明了，如果在欧洲大西洋沿岸一带设有气象站，及时把风暴的情况电告英法舰队，不就可避免惨重的损失吗？”
中央气象台绘制的亚洲天气图
于是，1855年3月16日，勒佛里埃在法国科学院作报告说，假如组织气象站网，用电报迅速把观测资料集中到一个地方，分析绘制成天气图，就有可能推断出未来风暴的运行路径。勒佛里埃的独特设想，在法国乃至世界各地引起了强烈反响。人们深刻认识到，准确预测天气，不仅有利于行军作战，而且对工农业生产和日常生活都有极大的好处。由于社会上各方面的需要，在勒佛里埃的积极推动下，1856年法国成立了世界上第一个正规的天气预报服务系统。
天气预报的发展
那么，什么叫天气预报呢？天气预报就是应用大气变化的规律，根据当前及近期的天气形势，对未来一定时期内的天气状况进行预测。它是根据对卫星云图和天气图的分析，结合有关气象资料、地形和季节特点、群众经验等综合研究后作出的。如中国中央气象台的卫星云图，就是“风云一号”气象卫星摄取的。利用卫星云图照片进行分析，能提高天气预报的准确率。天气预报就时效的长短通常分为3种：短期天气预报（2~3天）、中期天气预报（4~9天）、长期天气预报（10~15天以上）。中国中央电视台每天播放的主要是短期天气预报。
风云二号拍摄的卫星云图
天气预报的主要内容是一个地区或城市未来一段时期内的阴晴雨雪、最高最低气温、风向和风力及特殊的灾害性天气。就中国而言，气象台准确预报寒潮、台风、暴雨等自然灾害出现的位置和强度，就可以直接为工农业生产和群众生活服务。随着生产力的发展和科学技术的进步，人类活动范围空前扩大，对大自然的影响也越来越大，因而天气预报就成为现代社会不可缺少的重要信息。
天气预报的发展可分为3个阶段：
第一个阶段是单站预报。17世纪以前人们通过观测天象、物象的变化，编成天气谚语，据以预测当地未来的天气。17世纪以后，温度表和气压表等气象观测仪器相继出现，地面气象站陆续建立，这时主要根据单站气压、气温、风、云等要素的变化来预报天气。这还不是真正意义上的天气预报，只能说是现代天气预报的雏形。
第二个阶段是天气图预报。1851年，英国首先通过电报传送观测资料，绘制成地面天气图，并根据天气图制作天气预报。20世纪20年代开始，气团学说和极锋理论先后被应用在天气预报中。30年代，无线电探空仪的发明、高空天气图的出现、长波理论在天气预报上的广泛应用，使天气演变的分析，从二维发展到了三维。40年代后期，天气雷达的运用，为降水以及台风、暴雨、强风暴等灾害性天气的预报，提供了有效的工具。
第三个阶段是数值天气预报。20世纪50年代以来，动力气象学原理、数学物理方法、统计学方法等，广泛应用于天气预报。用高速电子计算机求解，简化了的大气流体力学和热力学方程组，可及时作出天气预报。尤其是60年代发射气象卫星以来，卫星的探测资料弥补了海洋、沙漠、极地和高原等地区气象资料不足的缺陷，使天气预报的水平显著提高。
知识点天气系统
天气系统通常是指引起天气变化和分布的高压、低压和高压脊、低压槽等具有典型特征的大气运动系统。