在气象预报与气候分析等气象研究应用领域,大气探测与测量是气象业务中最基础和最重要的工作之一,是实现天气预报和气候分析的数据基础和气象预报验证的标准。自17世纪以来,气象观测业务的发展主要经历了三个阶段:地面观测形成阶段、高空探测阶段和遥感阶段,其中地面观测业务是气象观测业务的重要组成部分,是气象精细化预报的数据基础和数据来源。1654年,Ferdinando II de Medici建立了世界上第一个气象观测站网络,该网络包含了巴黎、佛罗伦萨、米兰等八个城市的观测站点。观测数据按固定时间间隔集中送往佛罗伦萨进行局部天气预报服务。1837年,电报的出现使得更大区域的气象观测网络和有效的数据处理及其应用成为可能。观测网络获取的空间数据可以构成一个区域内的近地面大气状况分布图,有助于气象工作者分析局部区域内某一时间段的气象变化过程。然而,受观测空间范围、大气观测要素种类、数据传输速度以及数据处理能力的影响,该观测网络不能为日常天气预报提供准确、丰富的地面气象信息。1849年,美国科学家Joseph Henry在Smithsonian研究院幵始了历史上第一个覆盖全美国的气象观测站。此后,欧洲各国开始建立了基于陆基和海洋的各种气象观测站网络。尤其是1851成立的英国气象局从最初的海洋气象观测站到世界上首个的逐日气象预报仅用了 6年时间。接下来50年,许多国家都建立了国家级气象服务的各种地面气象观测平台。日本东京气象厅于1883年利用气象观测资料构建了历史上第一个地面天气图,直接将观测网络得到的实况资料与天气形势变化相关联,为日本成为当今世界气象强国奠定了坚实基础。此后,气象观测网络成为气象预报、气候分析等各种气象服务和气象研究中准确重要的数据基础,也是气象工作中不可缺少的组成部分。地面观测网络的发展史说明了观测站点的通讯条件和数据处理能力直接制约着观测网络的规模和时空观测密度。地面气象观测网络的发展从原始的手工采集时期到数据电报传真时期以及近代基于计算机和通讯网络的高度自动化观测时期的发展历程也是观测网络范围不断扩大、观测时空密度不断增强以及观测要素不断增多的过程。

　　气象观测站发展经历了三次革命性变化。第一代研制于上世纪50年代末,以人工观测为主的气象观测只能测量温度、湿度、气压、风速、风向、降水等少数几个大气要素;60年代中期,由于半导体元件和脉冲数字电路的普及,第二代自动气象站产生。它的感应元件能近似观测云高、降水、福射总量、雷暴等天气状态。然而,该类气象仪器的数据釆集主要以非电子技术(如机械惯装置,)为主且观测自动化水平较低,需要在人工干预的方式下釆集实况资料,数据正确性仍以人工检查为主。70年代后,气象站已发展到第三代,无线传感器技术、电子计算机和通信技术的兴起,使得地面气象观测站自动化程度大大提高,观测气象要素明显增多,尤其是高密度的时空分辨率、观测标准化、自动化等优势是传统人工观测技术无法比拟的。目前常见的气象观测要素有:降水,气温,风速,风向,湿度,气压,能见度,地面温度,云量,日照福射,雾,霾等基本要素,其中,对降水,气温,风速,风向等气象要素已经实现观测采集全自动化过程,未来还将实现云、能、天等复杂观测要素的观测自动化。不同于传统人工观测阶段,基于通讯网络的自动化观测模式能实现观测数据的国际资源共享、数据格式规范、空间分布更密集,观测数据种类更多。尤其是随着无线网络传感器,雷达,卫星等现代综合观测手段的广泛应用,

　　气象数据在数量和质量上均有着质的飞跃。最后,基于无线传感器技术的自动气象观测站由于建站和维护成本低,观测数据连续,观测位置不受限制等特点被广泛应用于气象观测、环境监测、水文观测等领域,成为防灾减灾和生态监测等公共服务中不可缺少的重要观测手段。未来气象观测业务的发展必然是高度集成化、自动化和多维(从地下到太空)的时空观测一体化发展的过程。相对于雷达,卫星等高空探测设备,气象自动观测站由于观测站点数量大、品种多,观测要素的各异性以及近实时的特点决定了相对前者,自动观测站有着更为迫切的数据处理需求和复杂的数据处理过程。