气象卫星开创了从宇宙空间观测大气的新时代。1958年，美国发射的人造卫星开始携带气象仪器。1960年4月1日，美国发射了世界上第一颗试验性气象卫星“泰罗斯”1号。1988年9月7日，中国发射了第一颗“风云一号”太阳同步轨道气象卫星。之后经历了从极轨卫星到静止卫星，从试验卫星到业务卫星的发展过程，建立了以接收风云卫星为主、兼收国外环境卫星的卫星地面接收和应用系统，在气象减灾防灾、国民经济和国防建设中发挥了显著作用。2012年底，中国的极轨气象卫星和静止气象卫星已经进入业务化，中国成为世界上少数几个同时拥有极轨和静止气象卫星的国家之一，是世界气象组织对地观测卫星业务监测网的重要成员。
8.1.5风廓线仪
风廓线仪是探测晴空大气中风随高度变化的一种雷达设备。大气中折射率的不均匀能够引起对电磁波的散射，其中大气中的湍流活动导致折射率涨落而引起的湍流散射，散射层的运动和湍流块的运动都可造成返回电磁波信号的多普勒频移，采用多普勒技术可以获得其相对于雷达的径向速度，通过进行多射向的速度测量，在一定的假定条件下可估测出回波信号所在高度上的风向、风速和垂直运动，从而获取大气风廓线资料。
风廓线仪是通过向高空发射不同方向的电磁波束，接收并处理这些电磁波束因大气垂直结构不均匀而返回的信息，进行高空风场探测的一种遥感设备，风廓线仪就是用于这一探测目的的脉冲多普勒雷达。风廓线仪利用多普勒效应能够探测其上空风向、风速等气象要素随高度的变化情况，具有探测时空分辨率高、自动化程度高等优点。在风廓线雷达基础上增加声发射装置构成无线电-声探测系统，可以遥感探测大气中气温的垂直廓线。风廓线仪能够提供以风场为主的多种数据产品。
8.1.6闪电定位仪
闪电可以分为包含云与云、云与空气、云内放电的云闪、云地闪、诱发闪电、球闪等多种，其中对地面设施危害最大的是云地闪电。云地闪电又可以细分为正电荷对地放电的正闪和负电荷对地放电的负闪。闪电定位仪主要用来探测云地闪，并且能区分正负极性。
闪电定位从理论上讲，其核心是通过几个站同时测量闪电回击辐射的电磁场来确定闪电源的电流参数。参数包括回击的放电时间，回击发生的位置，100千米处回击波形的强度峰值、陡度值、陡点时间、前沿上升时间、宽度等，根据100千米处辐射场的波形，可以近似计算出回击的放电电荷、辐射能量。
由布置在不同地理位置上的两台以上的闪电定位仪，可以构成一个雷击探测定位系统网。中心数据处理站经通信信道可和多达16个闪电定位仪相连，对接收到的闪电回击数据实时进行交汇处理，给出每个闪电回击的准确位置、强度等参数，由其图形显示终端设备随时存储、显示、打印或拷贝成图。中心数据处理站也可经通信系统对各个闪电定位仪进行参数设置、调出闪电定位仪工作状态等。通过数据服务网络或设置多个图形显示终端，以便多个部门共享雷电的信息资源。一般而言，多站交汇误差要比两站交汇误差小，因此多站布置可以提高雷电定位精度，同时可以扩大探测范围。通常希望把闪电定位仪布置成三角形、正四边形更为有利。
目前中国共建成雷电探观测点334个，覆盖范围包括南沙和钓鱼岛等地区。探测数据全部传输至中国气象局信息中心的中心数据处理站，由中国气象局探测中心雷电数据处理中心生成产品，为气象、电力等多个部门提供包括雷电密度分布等多种专业服务。
分析强雷暴时段地闪强度特征，大风冰雹天气平均正闪强度大于负闪强度，而暴雨类地闪频数虽然很大，但负闪平均强度不大，而且弱于雷雨大风冰雹平均正闪强度。大风冰雹类天气过程中，2004年6月21日20时33分，获嘉出现最大正地闪强度达＋236.0千安培。2006年7月2日11时20分，暴雨过程中，周口市区出现最大负地闪强度为-218.7千安培。最大正、负闪出现时间，可以在强雷暴过程的开始、持续、结束任何时段，地闪强度的大小与雷暴类型的关系还不确定。
8.1.7无人机
无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。无人机由飞行系统、通讯系统和载荷三部分构成。无人机系统由无人机、地面通讯指挥系统和数据接收处理系统构成。挂载不同的载荷，可以实现不同的用途。
中国气象部门对无人机的应用研究在国内相对较早，20世纪90年代，中国气象局就开始了无人机在气象方面的应用研究，2002年下达了“自控无人驾驶飞机遥感”气象新技术推广项目。中国气象局大气探测中心具体承担该项工作，经过十多年的发展，已成功研制和推出了探空、遥感、人工影响天气等三个系列十余个机型的气象无人机，主要用于垂直或水平探测大气温、压、湿和风，远距离或多点探测大气温、压、湿和风，监测天气系统（如台风）、大气化学探测或采样、云及雨滴探测、人工影响天气云的催化播撒、遥感等。
中国各地气象部门先后开展了气象无人机的研究试验和应用，无人机在气象上的应用有着广阔的前景，尤其是在中国西部地区。由于航空采取了多层飞行，中国中部、东部地区空域十分紧张，加之无人机还不能确保飞行安全，所以目前仍存在着制约无人机发展的瓶颈问题。
8.1.8自动化测云仪
（1）国外云自动化观测技术
目前，国外已有一些自动化测云仪器，如芬兰维拉萨公司生产的商业用CL31、CL51型激光云高仪，美国加里福尼亚大学的WSI，美国洋基环境系统公司开发的测云仪器。美国1992年开始建立第一套自动地面观测系统。
国外激光云高仪能够测量云高、云量，且在自动地面观测系统中有成熟应用。巴勒等在小区域上对WSI云图进行了分类，考察了云图的纹理特征、位置信息和像素点亮度信息，并对高积云、卷云、层云、积云和晴空等5种天空类型进行判断，总正确率为61%。
（2）国内云自动化观测技术
中国也开发出了一些用于云自动化观测的仪器。目前有解放军理工大学的地基红外测云仪，中科院大气所的红外云像仪和全天空成像仪，中国气象科学研究院的可见光全天空测云仪，洛阳凯迈的激光云高仪，安徽光电研究所研制的微脉冲激光雷达测云仪。
红外面阵全天空测云仪，利用大气的红外窗口特性，结合红外辐射传输模式，分析水汽、能见度、气溶胶、光学厚度等因子对大气向下红外辐射与云底高度的关系，反演云底高度，实现云高、云量及部分云状的探测。单点红外传感器，通过扫描获取全天空云图，结合红外辐射传输模式和地面气象资料，拟合出天空亮温与云高之间的函数关系式，通过多次迭代的方法进行地基遥感反演云底高度，实现云高、云量探测。双波段测云系统，利用可见光的测量精度对红外波段进行实时标校，提高红外反演精度，实现昼夜自动化观测。
8.1.9能见度自动观测仪
能见度是识别气团特性的重要参数之一，可反映大气层稳定程度，预示天气的变化。同时，能见度代表当时的大气光学状态，反映大气的混浊程度，是表征近地表层大气污染程度的一个重要物理量，因而在环境监测上具有实际意义。
能见度人工观测数据因受目标物状况、光线亮度、人员素质、视力、习惯、心理等诸多因素的影响，人为因素较大，质量较低，连续性、比较性较差。能见度局地性强，时空变化大，时间间隔几分钟就可能变化几千米，相距几千米的两个地方，能见度可能相差几千米甚至十几千米。能见度人工观测点仅限于国家级气象站，观测时次是基准站每天24次，基本站是每天8次，一般站每天3次，观测数据远远不能反映大气的实际状况。能见度观测时空密度远不能适应日益提高的社会服务需求。
大气中光的衰减是由散射和吸收引起的。一般情况下，吸收因子可以忽略，而经由水滴反射、折射或衍射产生的散射现象是影响能见度的主要因素，故测量散射系数的仪器可用于估计气象光学视程。前散型能见度传感仪主要是通过测量散射光强度，得出散射系数，从而估算出消光系数。透射能见度仪采用测量发射器和接收器之间水平空气柱的平均透射系数而算出能见度，发射器提供一个经过调制的定常平均功率的光通量源，接收器主要由一个光检测器组成，由光检测器输出测定透射系数，再据此计算消光系数和气象光学视程。
能见度自动观测仪是根据观测区域内气溶胶粒子对特定波长红外脉冲散射强度来反演能见度的，观测精度取决于散射区气溶胶粒子的浓度和直径，浓度越高，散射量越大，粒子分布直径越接近红外波长，散射量越大。能见度自动观测数据准确度高，均一性、比较性、连续性远远高于人工观测数据。时空密度高，可以加密布点，增加空间密度，观测数据时间密度可以达到每秒数十次，经过多次滑动平均，目前提供的数据是每分钟一次，时间密度增加近百倍。因此，能见度自动观测数据更加客观，比人工观测数据更好地反映近地面能见度状况，完全可以代替人工观测。上图是中国合肥市在道路交通方面实际运用能见度观测仪器的实际例子。
但能见度自动观测仪观测的是散射区气块的透明度，由于散射区体积狭小（只有千分之一立方米），观测数据只反映散射区狭小空间的气溶胶粒子状况，属于以点带面。当大气中气溶胶分布不均时，误差会很大。另外，自动观测仪受外界影响很大，在狭小的采用区中，稍有干扰，观测数据就可能发生很大变化，灰尘、烟尘、落叶、小动物都会对观测数据造成很大影响。当出现强降水、平流雾、扬沙、沙尘暴、烟幕伴大风等天气现象时，观测数据波动性很大，常常出现一分钟内变化几千米的情况。
8.1.10地面自动气象站
地面自动气象站是对地面气象数据进行实时采集、计算处理、数据存储和显示、报文报表编制和组网通信的自动天气观测系统，用于台站自动化业务测报。业务应用的自动气象站能够采集气温、湿度、地温、气压、风向、风速、雨量等气象要素传感器输出的模拟量或数字量数据，完成数据的预处理、质量控制，计算瞬时值、平均值、极值及其出现的时间，并按照规定的格式存储。
自动气象站的软件有数据采集器软件和业务测报软件两大部分。数据采集器软件是在采集器内部运行的软件，和采集器硬件一起完成对气象要素的自动测量；业务测报软件则安装在微机中，和微机一起完成业务报文报表的编制等工作。
8.1.11地面自动雨量站
截至2011年底，中国已经安装完成并投入业务运行的有4948个站点，多要素自动气象站有27160个站点。时空密度和自动化程度较高的特点，明显地增强了对中小尺度天气系统的监测和预警能力。
自动雨量站系统主要是由雨量传感器、雨量采集器和GPRS通讯模块组成的。运用先进的气象测量技术、嵌入式电子技术、移动通讯技术和计算机互联网技术等，新一代GPRS雨量集中监测系统，具有技术先进、稳定可靠、测量精度高的优点。现在的移动通信网络已经建设到了各个乡镇，利用移动的GPRS功能传输数据，不受地理环境的限制。每个雨量监测点的降雨量可立即传输给气象中心，气象中心可实时准确地掌握各地的降雨信息，随时以网页的形式给广大用户提供信息，比传统的降雨监测网络更准确、更及时、更直观。
乡镇自动雨量站的建设增强了探测的时空密度和自动化程度，使雨量预报更加及时、精确，提供更加全面、准确的气象情报服务。增强了气象服务能力，提高了气象服务水平，在防灾减灾气象服务工作中发挥了极其重要的作用。
8.2气象信息交换
气象通信系统把国内外的气象信息收集起来，经气象预报部门分析加工成天气预报后，再把预报信息发送到各地的气象台和千家万户中去。天气预报要想报得及时、报得准确，气象通信系统就必须依靠先进的通信技术，做到及时、高效。
8.2.1气象通信的六个发展阶段
中国气象通信的发展先后经历了莫尔斯电报、电传通信、图形传真、计算机通信、网络通信和卫星广播6个阶段。
电报机是第一代中国气象通信工具。电报机由人工按动电键，使电键接点开闭，形成“点”“画”和“间隔”信号，经无线电路传输出去。收报端接到这种电信号后，便控制音响振荡器产生出“嘀”“嗒”声，“嘀”声为“点”，“嗒”声为“画”，供收报员收听抄报。
20世纪50年代中期，中国开始建设气象电传通信网。电传通信与莫尔斯通信是两种截然不同的通信方式，其主要区别是电传通信以有线电路为主，进行点对点通信传输。电传通信的优点是自动打印，传输速度较快，准确率较高，比莫尔斯通信的速度提高3倍左右。电传通信用机械把信号转换为字符，并直接打印在纸张上，使报务员从繁重的手抄劳动中摆脱出来。