一 何謂氣象
氣象學（Meteorology）指與天空有關的科學現象研究，包括大氣、天氣、氣候及它們的預測。英文名詞源自兩部分：Meteors或Meteoron，意指從天上跌下來的東西；Logos，意指知識。希臘哲學家亞里士多德曾於公元前350年著「Meteorologica」。
中文名詞「氣象」可分為兩部分：「氣」，指天氣；「象」，指形態或樣子。傳說的黃帝時代（公元前三千年），已有專人從事氣候觀測。公元前的帝堯時代，相傳已設有掌管天文及氣象的官職，一直流傳至清代，此官員被稱為「欽天監監正」。
西周（約公元前1046年—公元前771年）時，＜詩經．幽風．七月＞記有每月的物候現象；同時期完成的＜夏小正＞則為我國最早的氣候學專著。
以下是氣象學的分類：
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觀測氣象學 |
雷達 |
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衛星 |
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GPS（全球定位系統） |
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空間規模 |
全球氣象 |
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宏觀氣象 |
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微觀氣象 |
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太空氣象 |
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垂直規模 |
中層／平流層氣象 |
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邊界層氣象 |
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時間規模 |
天氣學 |
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氣候學 |
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古氣象學 |
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地區氣象 |
熱帶氣象學 |
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中緯氣象學 |
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極地氣象學 |
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氣象學的基本原理 |
動力氣象學 |
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輻射氣象學 |
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熱力學氣象學 |
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大氣化學 |
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大氣電學 |
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應用氣象 |
航空氣象學 |
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農業氣象學 |
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水利氣象學 |
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天氣現象 |
雷暴／颱風／閃電／季風／塵暴等氣象學 |
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廣播 |
天氣報告 |
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預報 |
數值預報氣象學 |
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觀測及預報 |
資料分析及預報方法 |
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大規模／小規模 |
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十年／季節；長期／中期／短期／非常短期（即時）預報 |
以下是一些名詞的定義：
天氣（weather）：某時某地的大氣狀況。
狀態（condition）：晴朗、有雨、多雲、大風等等。
大氣（atmosphere）：覆蓋地球表面的薄氣體。
天氣預測（weather forecast）：估計未來的天氣情況。
大氣物理學：研究大氣物理過程的學科。
天氣預測：應用物理及其他學科的知識。
氣候：某地長期（如季／年／一百年）天氣狀況的平均。
氣象學常與其他學科結合，產生新學科，如氣象學加水利學就成了氣象水利學；氣象學加社會學，可變成氣候對社會的影響──2007年諾貝爾獎得主就與對氣候變化研究有關。又如，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）針對氣候變化問題的組織，不時發表氣候轉變報告。
氣象學要求物理學，以及其他知識，分別如下：
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物理 |
非物理 |
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力學 |
數學 |
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熱力學 |
統計學 |
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光學 |
化學 |
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聲學 |
電腦科學 |
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電磁學 |
電子工程學 |
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現代物理學 |
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大氣成份及結構
地球是太陽系中惟一人類能生存的星球，原因和大氣成份和溫度有關。再者，地球有水。
接近百份之百的空氣粒子集中在海平面以上三十公里範圍，而影響地球天氣的空氣層是在十至十五公里或以下的大氣。
氮氣佔大氣的78.08%，氧氣則佔20.95%，氬佔0.93%，二氧化碳佔0.037%。氣態水雖只佔大氣體積0至4%（視乎濕度），對天氣或氣候卻至關重要；二氧化碳含量更少，但控制溫室效應。臭氧（O3）防止大部分有害射線進入地表，但含量只有0.000004%。
海平面氣壓被視為1013.25百帕。百帕（hPa）是氣壓單位，一百帕等於一毫巴（mb），也等於一百個單位帕斯卡（Pa）或一百個牛頓／平方米（Nm-2）。高度愈大，氣壓通常愈低。
流體靜力學
流體靜力學公式如下：
dp/dz = -ρg
其中 p = 氣壓
z
= 高度
ρ
= 氣體密度
g
= 引力
理想氣體方程
pV = nR*T
其中 p = 氣壓
V
= 氣體體積
n
= 氣團中氣體的摩爾數
R*= 氣體常數 = 8.314焦耳/摩爾 度
T
= 溫度（克氏度）
簡體的大氣模型（等溫／等引力）
由於現實環境大複雜，先將情況簡化至任何地方等溫和有相等重力。T0 代表任何地方的溫度，p0代表海平面氣壓
= 1.01325e5 帕。
dp/p = -g/(RT0) dz
將以上數式積分，得出氣壓與高度的關係：
p(z)
= p0 exp[(-0.0342/T0) z]
從算式可看到，理論上，大氣在高空沒有邊界。
現實上，大氣分為五層：
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分層 |
高度(公里) |
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對流層 |
0 – 15 |
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對流層頂 |
15 –
20 |
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平流層 |
20 – 50 |
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平流層頂 |
50 –
55 |
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中間層 |
55 – 80 |
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中間層頂 |
80 –
100 |
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熱層 |
100 – 550 |
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外逸層 |
> 550 |
對流層是大氣最低層。溫度下降率由最低層的6-7度/公里上升至7-8度/公里。對流層包括全大氣75%的氣體，以及大部分水氣。對流層頂在近赤道處最高，有約16-18公里；在高緯及極地，對流層頂只有8公里左右。
平流層的特徵是溫度隨高度上升。除最低處外，平流層完全沒有雲帶。平流層上半層存在臭氧，吸收紫外線。
中間層的特徵是溫度隔高度下降。此層或以下的氣體成份除水氣及臭氧外，大致相同。
熱層一如其名，溫度隨高度急升。熱層上部，在太陽非活躍期，溫度可達攝氏600度；在活躍期（太陽黑子活動增加），溫度更可升至二千度以上。大量離子出現在此層，極光由此而生。
在外逸層，氣體開始逃離地球的引力束縛。
計算氣體的逃逸速度，可用以下公式：
總能量 = 動能 + 位能 = 0
0.5mv2 – GMm/r = 0
逃逸速度 = v
= (
其中 m = 氣體質量， G
= 重力常數， M = 地球質量， r = 地球半徑
可從以下算式中算出氣體逃逸速度的溫度要求：
0.5mv2 = kBT
KB = 波茲曼常數 = 1.38 e-23 焦耳/度
氫氣要逃離地球，所需溫度為9000度，氧氣更需144000度，怎能解釋仍有以上氣體逃離地球的現象？
其實，v只是平均速度，不同氣體粒子均有不同速度，在任何高於0度（克氏）的環境下，總有部分氣體速度高於逃逸速度，如氫氣，奔外逸層，所有氫氣逃離地球所需時間只是一天而已，所以大氣中氫氣含量甚低，大部分氫氣均為水粒子分解而成。
地球表面溫度
假設地球表面熱量收支平衡，而地表為黑體（不反射陽光和輻射），溫度應只有攝氏零下18度，遠低於真實情況。這現象和溫室效應有關：水氣、二氧化碳、一氧化二氮和臭氧均吸收地表放出的紅外線並將它們放回地表。把溫室效應考慮在內，地表溫度為攝氏30度，高於平均（攝氏15度）。原因在後詳述。
大氣環流
如地球沒有自轉，每半球應只有一環流（由極地流向赤道的空氣）。由於有自轉，地球環流遂分為三支：哈德萊環流、費雷爾環流及極地環流。在北半球，前者產生東北信風，而後者是冷空氣的來源。
氣候轉變
數據顯示，地球正變得愈來愈暖。與此同時，二氧化碳含量也有上升之勢。不同的預報模式分別預測未來一百年，地球平均溫度上升0.4至4度。