大氣科學(xué)簡史

大氣科學(xué)的發(fā)展史是人類探索大氣的奧秘，逐步認(rèn)識(shí)大氣及其演變規(guī)律，預(yù)測其變化趨勢，從而趨利避害為人類的生產(chǎn)和生活服務(wù)的歷史。它的發(fā)展同人類社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類日益增長的需要是分不開的。

　　縱觀大氣科學(xué)的發(fā)展歷史，大體上可分為四個(gè)發(fā)展時(shí)期：氣象經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)的積累時(shí)期；大氣科學(xué)開始建立的時(shí)期；大氣科學(xué)主要分支的形成時(shí)期；大氣科學(xué)迅速發(fā)展的時(shí)期。

古代氣象知識(shí)的積累時(shí)期(自人類文明開始至16世紀(jì))

　　自人類文明史開始至十六世紀(jì)的五、六千年，為古代氣象知識(shí)的積累時(shí)期。其源流主要有兩個(gè)：一個(gè)在亞洲，以中國和印度為主；一個(gè)在地中海東部，歐亞非三洲的交匯地帶，即埃及文化、巴比倫文化和希臘文化的發(fā)祥地。

　　中國有關(guān)氣象知識(shí)的記載，可追溯到公元前14世紀(jì)的殷代，如在甲骨卜辭中就發(fā)現(xiàn)了殷代文丁六年(公元前1217年)三月中旬連續(xù)10天的氣象記錄。其后，諸如天氣現(xiàn)象和氣候情況、天氣諺語和天氣經(jīng)驗(yàn)、各種天氣現(xiàn)象成因的探索、有關(guān)二十四節(jié)氣和七十二候的論說，以及觀測儀器的設(shè)計(jì)等在中國的史料中也都有極豐富的記載。它們反映了中國的先民們?cè)跉庀蠼?jīng)驗(yàn)知識(shí)的積累時(shí)期的卓越貢獻(xiàn)。

　　從考古發(fā)掘出的巴比倫興盛時(shí)期(公元前3000～前300年)的粘土片上發(fā)現(xiàn)有許多天氣諺語。這些諺語用現(xiàn)代語言表述，有“月有黑暈，本月陰雨”“云變黑，有風(fēng)來”等。此外，還有關(guān)于八個(gè)方位風(fēng)的記載。

　　在古希臘，阿那克西曼德在一篇關(guān)于自然哲學(xué)的文章中，提出風(fēng)是“空氣的流動(dòng)”，并認(rèn)為組成世界的基本元素是空氣。巴門尼德約在公元前500年，根據(jù)所接受的太陽熱量的多少，把氣候分為無冬區(qū)、中間區(qū)和無夏區(qū)，這是迄今所見記載最早的氣候分類。

　　阿那克薩哥拉觀察并解釋了夏天產(chǎn)生冰雹的原因，他認(rèn)為，夏天被曬熱的地面可以使含有水汽的云上升到能凍結(jié)的高度，形成雹，然后降到地面。他還觀察到了空氣溫度是隨高度的增加而下降的現(xiàn)象，認(rèn)為這是由于被地表反射的陽光強(qiáng)度隨高度的增加而降低的緣故。在尚無溫度和輻射觀測儀器的古代，能推論出溫度隨高度的變化的規(guī)律，是很可貴的。

　　德謨克利特在研究了尼羅河的年際泛濫之后指出，地中海季風(fēng)是造成河水泛濫的原因。他認(rèn)為在夏至?xí)r北方的冰雪融化，其水汽形成云，受地中海季風(fēng)作用向南飄到埃及，因而引起風(fēng)暴。他還研究了雷和閃電，認(rèn)為雷和閃電是同時(shí)發(fā)生的，只是因?yàn)榭吹降谋嚷牭降目欤�人們才覺得它們是分開的。

　　希波克拉底則在《論至氣、水和環(huán)境》中探討了不同氣候?qū)θ梭w健康的影響，并研究了某些特定風(fēng)向和疾病流行的關(guān)系。歐多克索斯編著了論文《惡劣天氣之預(yù)測》，詳細(xì)討論了惡劣天氣的預(yù)測問題和有關(guān)天氣現(xiàn)象發(fā)生的周期性問題。

　　古希臘學(xué)者亞里士多德將他以前的各種氣象知識(shí)作了系統(tǒng)的綜合，大約在公元前340年寫了《氣象匯論》一書。這是世界上最早的氣象學(xué)專著。《氣象匯論》共四卷42集 。第一卷闡述氣象學(xué)在自然科學(xué)中的地位及其研究對(duì)象和范圍，云、雨、雹和霾的形成，高層大氣的現(xiàn)象，以及氣候變化等；第二卷談到風(fēng)的成因、分布、各種風(fēng)的名稱和特點(diǎn)，以及雷電現(xiàn)象等；第三卷中論及颶風(fēng)、焚風(fēng)以及暈和虹等大氣光象 ，第四卷主要是有關(guān)化學(xué)的內(nèi)容。

　　公元前300年，亞里士多德的學(xué)生提奧弗拉斯圖斯 寫了《天氣跡兆》一書，書中收集了大量的天氣諺語，如“冬季雨多、春季干旱，冬季干旱、春季濕潤”“牛舔前蹄狗打滾，將有暴風(fēng)雨來臨”，“月亮清亮、本月微風(fēng)，月殼暗淡、潮濕多雨”“日出紅天必有雨”等，它是歐洲留存最早的一本天氣諺語專輯。

　　約在公元二世紀(jì)，古希臘天文學(xué)家托勒密根據(jù)新月、滿月和弦月前后三天的月面清淡、紅淡、暗淡等現(xiàn)象來預(yù)報(bào)天氣。他還將氣候從赤道到北極劃分為二十四個(gè)氣候帶。阿拉伯學(xué)者海桑的主要著作《光象理論》，給出了曙暮光的正確定義，證明了太陽在地平線到地平線下19°之間時(shí)可見曙暮光，并利用這個(gè)結(jié)果和幾何學(xué)的證明，得出大氣的最大高度約95公里的結(jié)論。

　　英國的圣比德，被稱為英國氣象學(xué)的奠基人，他在公元703年著的《自然本質(zhì)》一書，描述了大氣、風(fēng)、雷、閃電、云和雪等。他認(rèn)為風(fēng)是“擾動(dòng)的空氣如扇子造成的空氣運(yùn)動(dòng)”“空氣中孕育的風(fēng)使云碰撞產(chǎn)生雷”。英國教士阿德拉德則認(rèn)為雷是云中的冰碰撞破碎形成的，英國學(xué)者培根在《大氣現(xiàn)象》一書中強(qiáng)調(diào)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀測的重要性。

　　從人類文明開始到16世紀(jì)，人類對(duì)于大氣科學(xué)的知識(shí)正逐步由少到多，由淺入深地積累起來。但為當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力和科學(xué)水平所限，知識(shí)還是零碎的、片面的，有許多僅是推測性的，尚未被觀測事實(shí)所證明，有的甚至是錯(cuò)誤的，因此還不能形成系統(tǒng)的大氣科學(xué)。

大氣科學(xué)的建立時(shí)期(十七世紀(jì)至十九世紀(jì)初)

　　17～18世紀(jì)可以稱為是科學(xué)革命的時(shí)代。隨著14～16世紀(jì)的文藝復(fù)興、資本主義生產(chǎn)方式的出現(xiàn)，以及航海事業(yè)的興起，天文學(xué)和物理學(xué)出現(xiàn)了重大的突破。測量儀器的陸續(xù)發(fā)明，觀測和實(shí)驗(yàn)的大量開展，以及在觀測和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行 的理論研究，是大氣科學(xué)進(jìn)入這一時(shí)期的重要標(biāo)志。

　　1597年，意大利的物理學(xué)家和天文學(xué)家伽利略發(fā)明了空氣溫度表；1643年意大利物理學(xué)家托里拆利發(fā)明了氣壓表；1662年，英國的 雷恩發(fā)明了虹吸式自記雨量計(jì)；1667年英國物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家胡克發(fā)明了壓板式風(fēng)速器，后來又發(fā)明了自記儀器上的自記鐘；1768年德國朗伯設(shè)計(jì)了羊腸線濕度表；1783年瑞士索絮爾發(fā)明了毛發(fā)濕度計(jì)。這些儀器以及其他觀測儀器的陸續(xù)發(fā)明和不斷改進(jìn)，使氣壓、氣溫、大氣濕度、風(fēng)速等實(shí)現(xiàn)了定量觀測，為大氣科學(xué)的建立奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

　　上述種種氣象儀器，開始都是由物理學(xué)家研究物理問題而發(fā)明研制的，但很快就被用到氣象觀測上。現(xiàn)在保存下來的世界上最早用儀器觀測的氣象記錄，是法國巴黎、克萊蒙費(fèi)朗和瑞典斯德哥爾摩等地1649～1651年間的記錄。

　　世界上第一個(gè)氣象觀測站是由意大利的斐迪南二世于1653年，在意大利北部的佛羅倫薩建立的。同年，在他的領(lǐng)導(dǎo)下，又建立了一個(gè)包括十個(gè)測站的歐洲氣象觀測網(wǎng)，觀測工作一直持續(xù)到1667年。此后，德國醫(yī)生卡諾爾德于1717年組織了國際性氣象觀測網(wǎng)，觀測工作持續(xù)了10年。法國氣象學(xué)家和醫(yī)學(xué)家科特在1776年領(lǐng)導(dǎo)巴黎的法國醫(yī)學(xué)會(huì)時(shí)，曾爭取歐洲和北美的氣象觀測站進(jìn)行合作，當(dāng)年參加合作的有31個(gè)站，到1786年更增至65個(gè)。

　　此外，德國氣象學(xué)家哈默爾在18世紀(jì)80年代組建了由歐洲、北美洲和西伯利亞共20個(gè)國家的57個(gè)氣象觀測站構(gòu)成的觀測網(wǎng)。這個(gè)觀測網(wǎng)的每個(gè)觀測站都用統(tǒng)一的儀器、規(guī)范、觀測時(shí)次和記錄格式進(jìn)行觀測和記錄，并將所得資料集中整理，刊載于德國《巴拉丁氣象學(xué)會(huì)雜志》中。氣象觀測站網(wǎng)的建立和逐漸擴(kuò)大，觀測項(xiàng)目、觀測時(shí)間和記錄格式的逐步趨于統(tǒng)一，對(duì)于大氣科學(xué)研究的進(jìn)展具有非常重要的意義。

　　18世紀(jì)中葉，人們開始進(jìn)行高空探測的嘗試。1748年英國的威爾遜等人開始用風(fēng)等攜帶溫度表觀測低空溫度；1752年美國科學(xué)家富蘭克林利用風(fēng)箏等研究雷暴云中電的性質(zhì)；1783年法國的查理第一次用氫氣球攜帶溫度、氣壓等自記氣象儀器測量各個(gè)高度的溫度和氣壓等。這些較早進(jìn)行的高空探測，為以后研究大氣的三維結(jié)構(gòu)開辟了道路。

　　氣象要素的定量測量，尤其是氣壓表的發(fā)明，使人們不僅獲得了氣壓的概念，而且能夠定量測出不易為人感知的大氣壓強(qiáng)，從而使研究氣體狀態(tài)方程、流體靜力學(xué)方程和一切大氣運(yùn)動(dòng)方程成為可能。而觀測站的建立，觀測資料的積累，又使人們可以用圖表等形式分析氣象要素的空間分布和時(shí)間變化，為進(jìn)一步研究大氣環(huán)流和天氣氣候的變化提供了條件。英國氣象學(xué)家肖曾指出“氣壓表的發(fā)明標(biāo)志著大氣物理學(xué)研究的開始。”

　　17世紀(jì)帆船航海以風(fēng)為動(dòng)力。隨著航海事業(yè)的發(fā)展和氣象觀測儀器的應(yīng)用，導(dǎo)致了對(duì)信風(fēng)和全球大氣環(huán)流的研究。1686年英國天文學(xué)家哈雷首先發(fā)現(xiàn)信風(fēng)，并在《哲學(xué)會(huì)刊》中發(fā)表他的信風(fēng)理論，他認(rèn)為信風(fēng)同太陽供給赤道較多的熱有關(guān)。1688年，他又首先根據(jù)海上風(fēng)的資料繪制了北緯30°～南緯30°的信風(fēng)和季風(fēng)分布圖 ，認(rèn)為信風(fēng)和季風(fēng)的形成同地表太陽熱的分布有關(guān)。

　　另一位英國天文學(xué)家哈得來在1735年發(fā)表的《關(guān)于信風(fēng)之起因》一文中，第一次對(duì)大氣環(huán)流考慮地球自轉(zhuǎn)的因素，他正確地解釋了北半球的東北信風(fēng)和西半球的東南信風(fēng)，修正了哈雷的理論，并首次創(chuàng)立了經(jīng)圈環(huán)流的理論。

　　他認(rèn)為赤道地區(qū)比極地較多地接受來自太陽的輻射熱，因而低緯度地區(qū)的空氣產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，較高緯度地區(qū)的空氣則產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)，高空空氣由赤道向極地流動(dòng)，低層空氣由極地流回赤道。低層流向赤道的氣流由于地球自轉(zhuǎn)的影響而偏折(北半球向右偏，南半球向左偏)，遂形成北半球的東北信風(fēng)和南半球的東南信風(fēng)；高空由赤道向極地的氣流也受到偏折，形成高空的西風(fēng)帶，由于下沉作用又形成地面西風(fēng)帶。他的這種環(huán)流理論雖較粗略，但卻成為以后大氣環(huán)流研究的基礎(chǔ)之一。至今人們還把地球上赤道附近的經(jīng)圈環(huán)流稱為哈得來環(huán)流。

　　17世紀(jì)～19世紀(jì)初，流體的概念及牛頓的力學(xué)三大定律和微積分學(xué)，為動(dòng)力氣象學(xué)提供了理論基礎(chǔ)。1743年法國數(shù)學(xué)家達(dá)朗貝爾把數(shù)學(xué)方法引入了氣象學(xué)的研究中，這對(duì)用數(shù)學(xué)方程式來表示大氣運(yùn)動(dòng)具有啟發(fā)作用 ；1752年瑞士數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家歐拉提出反映質(zhì)量守恒的連續(xù)方程，1755年又提出理想流體動(dòng)力學(xué)方程組，初步形成了流體力學(xué)方程組的基礎(chǔ)。以后大氣靜力學(xué)方程、科里奧利力和熱力學(xué)第一定律的發(fā)現(xiàn) ，并被引入流體力學(xué)方程組中，更為大氣動(dòng)力方程組的完備性奠定了基礎(chǔ)。

大氣科學(xué)主要分支學(xué)科的形成(19世紀(jì)初～20世紀(jì)40年代)

　　在氣象儀器的發(fā)明、觀測網(wǎng)的建立，以及流體動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展的基礎(chǔ)上，大氣科學(xué)的主要分支學(xué)科(天氣學(xué)、動(dòng)力氣象學(xué)、氣候?qū)W和云和降水物理學(xué)等)相繼形成。從19世紀(jì)20年代第一張?zhí)鞖鈭D的出現(xiàn)，至20世紀(jì)40年代末，屬于這一時(shí)期。

　　1820年德國的布蘭德斯利用《巴拉丁氣象學(xué)會(huì)雜志》刊載的氣象觀測資料，將1783年各地同一時(shí)刻的氣壓和風(fēng)的記錄填在地圖上，繪成了世界上第一張?zhí)鞖鈭D。它雖然是用歷史資料而不是用當(dāng)時(shí)資料繪制成的，但它已為分析氣壓、風(fēng)和天氣的關(guān)系以及建立天氣系統(tǒng)的概念，作出了貢獻(xiàn)。現(xiàn)代的天氣圖就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

　　天氣圖的誕生，是近代氣象學(xué)研究起點(diǎn)的標(biāo)志。電報(bào)的發(fā)明，為各地氣象觀測資料的迅速傳遞和集中提供了條件，使繪制當(dāng)日天氣圖成為可能。1851年，英國的格萊舍利用電報(bào)傳送資料，繪制了天氣圖。

　　但是，真正推動(dòng)天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)開展的卻是一次天氣事件的教訓(xùn)：1853～1856年，英、法同俄國發(fā)生了瓜分土耳其的克里米亞戰(zhàn)爭，由于1854年11月14日黑海出現(xiàn)風(fēng)暴，使法艦亨利四號(hào)沉沒，造成英法聯(lián)軍大敗。事后，法國政府命巴黎天文臺(tái)臺(tái)長勒威耶總結(jié)此事故的天氣原因。

　　勒威耶收集了該年11月12～16日的氣象資料，查明此風(fēng)暴于11月12～13日還在西班牙和法國西部，至14日，就東移到了黑海地區(qū)，使法國兵艦遭受損失。如能及時(shí)預(yù)告風(fēng)暴移動(dòng)的情況，損失是可能避免的。因此，他提出了組織氣象臺(tái)站網(wǎng)、開展天氣圖分析和天氣預(yù)報(bào)的建議。

　　法國政府采納了這個(gè)建議，于1856年組織了氣象觀測網(wǎng)，1860年創(chuàng)立風(fēng)暴警報(bào)業(yè)務(wù)。從此，繪制天氣圖便成為一項(xiàng)日常業(yè)務(wù)，并陸續(xù)推廣到歐美各國。

　　1857年荷蘭的白貝羅提出風(fēng)與氣壓的關(guān)系(在北半球背風(fēng)而立，低壓在左、高壓在右：南半球反之)；1861年美國費(fèi)雷爾在研究大氣運(yùn)動(dòng)時(shí)引入科里奧利力；1888年德國亥姆霍茲提出流體切變動(dòng)力不穩(wěn)定的概念。

　　在此之后，許多學(xué)者開始研究風(fēng)暴的旋轉(zhuǎn)特性，并紛紛提出各自的氣旋模式：1863年英國 的菲茨羅伊提出極地氣流和赤道氣流的氣旋模式；1878年英國利提出局地颮線(冷鋒)氣旋模式；1882年德國的柯本提出颮線(冷鋒)結(jié)構(gòu)模式；1906年肖和倫·柯本的颮線(冷鋒)結(jié)構(gòu)模式 ；1906年肖和倫普弗特的地面氣流切變及降水分布的氣旋模式等。這些模式都在不同程度上反映出了氣旋及其天氣的分布。但由于當(dāng)時(shí)臺(tái)站較稀，每天觀測的次數(shù)較少，因此還不能完全反映出氣旋的結(jié)構(gòu)和演變過程。

　　至20世紀(jì)20～30年代，以皮耶克尼斯為首的挪威學(xué)派，無論在天氣學(xué)理論方面，還是在天氣分析和天氣預(yù)報(bào)的方法上，都作出了卓越的貢獻(xiàn)。20世紀(jì)20年代前后，他們?cè)谂餐�沿海等地組建了稠密的地面氣象觀測網(wǎng)，并仔細(xì)分析了由稠密站網(wǎng)所提供的資料繪制而成的天氣圖，在1917～1918年間發(fā)現(xiàn)了暖鋒，并得出了概括冷鋒、暖鋒、錮囚鋒、靜止鋒和低壓及其云雨分布的完整的氣旋模式。他們還提出了反映氣旋生命史的極鋒學(xué)說，并把上述模式、理論和學(xué)說用于日常的天氣分析和天氣預(yù)報(bào)。

　　現(xiàn)代天氣學(xué)理論，天氣分析和天氣預(yù)報(bào)方法，基本上是由皮耶克尼斯、皮耶克尼斯、索爾貝格和伯杰龍等人在20世紀(jì)20～30年代期間建立起來的。當(dāng)時(shí)，他們還利用地面觀測資料發(fā)展了根據(jù)云的狀態(tài)和移動(dòng)判斷高空氣流和溫度、濕度情況的“間接高空氣象學(xué)”。

　　從1783年法國查理制成攜帶探測氣象要素自記儀器的升空氣球并進(jìn)行高空探測，1928年蘇聯(lián)莫爾恰諾夫發(fā)明無線電探空儀，到探空儀的普遍應(yīng)用，人們逐漸獲得高空探測資料，對(duì)大氣的鉛直結(jié)構(gòu)有了真正的了解。

　　芝加哥學(xué)派的領(lǐng)導(dǎo)人巳羅斯比，在高空天氣圖上發(fā)現(xiàn)了長波，1939年他提出了長波動(dòng)力學(xué)，并由此引出了位勢渦度理論，創(chuàng)立了長波理論。40年代，他領(lǐng)導(dǎo)下的芝加哥學(xué)派，包括帕爾門等人，確認(rèn)了高空西風(fēng)急流和長波的結(jié)構(gòu)和變化，以及它們與地面氣旋波的關(guān)系。芝加哥學(xué)派的工作，一方面增強(qiáng)了天氣學(xué)與熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的聯(lián)系，充實(shí)了天氣分析和預(yù)報(bào)的物理基礎(chǔ)；另一方面也為研究大型的大氣運(yùn)動(dòng)提供了理論依據(jù)，為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的開展創(chuàng)造了條件。

　　在18世紀(jì)末以前，動(dòng)力氣象學(xué)一直包含在流體力學(xué)中。到1897年，皮耶克尼斯將流體力學(xué)和熱力學(xué)應(yīng)用于大氣和海洋的大尺度運(yùn)動(dòng)的研究中，提出了著名的環(huán)流理論 。從此動(dòng)力氣象學(xué)便逐步由流體力學(xué)中分離出來，形成一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。

　　1922年英國氣象學(xué)家理查孫第一個(gè)對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)方程，用差分法求解，制作了數(shù)值天氣預(yù)報(bào)。雖然由于觀測站網(wǎng)的密度和資料的精確度不夠，用的又是完全的原始方程組，所取的時(shí)間和空間的間隔不合適，使計(jì)算出現(xiàn)不穩(wěn)定，導(dǎo)致預(yù)報(bào)試驗(yàn)失敗．但它卻為后來開展數(shù)值預(yù)報(bào)積累了經(jīng)驗(yàn)。1950年，諾伊曼和查尼領(lǐng)導(dǎo)的小組，終于用一臺(tái)最早的電子計(jì)算機(jī)，第一次成功地作出了數(shù)值天氣預(yù)報(bào)。

　　雖然早在16～17世紀(jì)，中國、法國、意大利等就有人工消雹的記載，但那時(shí)對(duì)其成因并不了解。對(duì)成云致雨的物理過程的研究是從19世紀(jì)開始的。如1880年愛根研究了云中的凝結(jié)核；1911年韋格納提出了過冷水與冰晶共存時(shí)，冰晶能消耗過冷水滴而增大 ；1933年伯杰龍?zhí)岢隽死湓平邓�的理論�?948年朗綏爾提出了積狀暖云因連鎖反應(yīng)而產(chǎn)生降水的機(jī)制；1946年謝弗和馮內(nèi)古特分別發(fā)現(xiàn)固體二氧化碳和碘化銀可作為人工冰核。同年朗綏爾用固體二氧化碳和碘化銀對(duì)云進(jìn)行了撒播試驗(yàn)，取得了積極的效果，從而為人工影響天氣的試驗(yàn)和云物理的研究開辟了道路。

大氣科學(xué)迅速發(fā)展的時(shí)期(20世紀(jì)50年代以來)

　　第二次世界大戰(zhàn)之后，以遙感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的新技術(shù)迅速發(fā)展。從50年代開始，這些新技術(shù)被引進(jìn)大氣科學(xué)領(lǐng)域。從此，大氣科學(xué)在探測手段、通信方式、天氣預(yù)報(bào)、氣候分析 、試驗(yàn)研究、人工影響天氣、分支學(xué)科的發(fā)展和國際合作等各個(gè)方面，都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

　　自1945年分別使用雷達(dá)和火箭進(jìn)行大氣探測以來，逐步建立了氣象雷達(dá)和氣達(dá)和火箭進(jìn)行大氣探測以來，逐步建立了氣象雷達(dá)和氣象火箭探測網(wǎng)。

　　雷達(dá)技術(shù)的運(yùn)用，能夠在地面探測較大范圍的大氣物理量的變化。從1960年起，又使用了極軌氣象衛(wèi)星，它可從幾百公里至上千公里以外的高空 ，探測全球的云況和其他物理量。1966年，地球同步氣象衛(wèi)星上天，更可以較方便地追蹤臺(tái)風(fēng)等天氣系統(tǒng)的連續(xù)演變。

　　這些衛(wèi)星裝備有紅外、微波、可見光、紫外等輻射探測儀，綜合運(yùn)用了遙感技術(shù)，能把大氣變化的各種信息及時(shí)傳送到地面。由極軌氣象衛(wèi)星和地球同步氣象衛(wèi)星、地面氣象站、高空氣象站、海上船舶和漂浮站、自動(dòng)氣象站，以及飛機(jī)、火箭、定高氣球 等下拋的探空儀等，共同組成的監(jiān)視全球大氣演變的探測系統(tǒng)，有力地促進(jìn)了大氣科學(xué)的迅速發(fā)展。

　　1946年發(fā)展起來的電子計(jì)算機(jī)，使得解大氣動(dòng)力方程開展數(shù)值天氣預(yù)報(bào)成為可能。1950年，查尼、菲約托夫特和諾伊曼用準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓模式，在電子計(jì)算機(jī)上成功地對(duì)北美地區(qū)500毫巴(百帕)等壓面的高度場作了24小時(shí)的預(yù)報(bào)。此后，各國便陸續(xù)建立了數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)。中國于1965年開展國便陸續(xù)建立了數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)。中國于1965年開展數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，1981年底開始正式向全國播發(fā)天氣形勢預(yù)報(bào)。

　　從對(duì)觀測資料的描述分析到進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，是質(zhì)的飛躍。50年代以來，大氣科學(xué)研究逐漸進(jìn)入了實(shí)驗(yàn)階段。大氣科學(xué)的實(shí)驗(yàn)一般有三種形式：實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)(或模型實(shí)驗(yàn))、數(shù)值試驗(yàn)、大氣觀測試驗(yàn)。

　　自古以來人類就有改造(控制)天氣和氣候的愿望。迄今雖然由于科學(xué)有改造(控制)天氣和氣候的愿望。迄今雖然由于科學(xué)技術(shù)的局限性還不能實(shí)現(xiàn)這一愿望，但通過試驗(yàn)研究，在探索影響天氣和氣候的科學(xué)問題上是有所收獲的。

　　自二十世紀(jì)40年代中葉第一次向云中撒播播云催化劑以來，人工影響天氣的試驗(yàn)延續(xù)不斷。50年代中期，云和降水物理學(xué)逐步形成分支學(xué)科。60年代美國辛普森進(jìn)行了積云動(dòng)力催化實(shí)驗(yàn)；蘇聯(lián)蘇拉克韋利澤等用冷云催化方法進(jìn)行了大規(guī)模的防雹試驗(yàn)；美國還開展了用飛機(jī)在某一部位撒播碘化銀以影響臺(tái)風(fēng)的試驗(yàn)。

　　中國從50年代末以來在大多數(shù)省份進(jìn)行了人工降水、人工防雹和人工防霜的試驗(yàn)。這些試驗(yàn)雖然在設(shè)計(jì)和效果檢驗(yàn)方面還存在不少問題，還難以作出肯定的評(píng)論，但為今后的試驗(yàn)研究積累了經(jīng)驗(yàn)，并大大推動(dòng)了云和降水物理學(xué)研究的發(fā)展。

　　50年代以來，隨著對(duì)海洋和大氣相互關(guān)系的研究，動(dòng)力氣象學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了動(dòng)力氣候?qū)W。 它從動(dòng)力學(xué)角度來研究地-氣系統(tǒng)的輻射收支和能量轉(zhuǎn)換，探討氣候形成的原因。近年來，通過數(shù)值模式對(duì)氣候變化進(jìn)行模擬的研究取得了不少成果。從70年代起，氣候?qū)W已突破了只從大氣的角度來研究的限制，而擴(kuò)展到同時(shí)考慮大氣圈、水圈、冰雪圈、巖石圈和生物圈的氣候系統(tǒng)進(jìn)行研究，氣候?qū)W正向著更加廣泛、更為綜合的方向發(fā)展。

　　現(xiàn)在，大氣科學(xué)已發(fā)展成一門分支眾多的科學(xué)。如大氣遙感、雷達(dá)氣象學(xué)和衛(wèi)星氣象學(xué)等分支；大氣物理學(xué)下的大氣邊界層物理、平流層和中層大氣物理學(xué)，以及大氣光學(xué)、大氣聲學(xué)、大氣電學(xué)和大氣輻射學(xué)等 ；同大氣物理學(xué)同時(shí)發(fā)展起來的，還有大氣化學(xué)；天氣學(xué)和動(dòng)力氣象學(xué)則相互滲透而形成天氣動(dòng)力氣象學(xué)，其應(yīng)用學(xué)科數(shù)值天氣預(yù)報(bào)也發(fā)展成了獨(dú)立的分支；由于對(duì)極地、熱帶和高原地區(qū)情況的研究日益深入，而出現(xiàn)極地氣象學(xué)、熱帶氣象學(xué)和高原氣象學(xué) ；氣候?qū)W也出現(xiàn)了動(dòng)力氣候?qū)W、氣候變化等分支。

　　由于大氣科學(xué)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活和科研等各種領(lǐng)域，許多邊緣學(xué)科如海洋氣象學(xué)、水文氣象學(xué)、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、森林氣象學(xué)、生物氣象學(xué)、航空氣象學(xué)、建筑氣象學(xué)和醫(yī)療氣象學(xué)等相繼出現(xiàn)，在氣象業(yè)務(wù)工作自動(dòng)化進(jìn)程中，大氣科學(xué)不斷地從信息理論、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算數(shù)學(xué)等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中獲得新的實(shí)驗(yàn)手段和理論方法；同時(shí)，也不斷地用自己的成就豐富著這些領(lǐng)域。