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氣象觀測的第一步就是設立觀測場，觀測場的四周必須是空曠的，不得有大的、高的建筑物或障礙物，觀測場內應遍植草皮，以免造成局地的小環流。以上這些都有相應的技術規范作為依據。觀測場中必要的設備有：百葉箱、雨量筒、太陽輻射（日照）儀、風向風速儀、地溫表、蒸發皿等，水銀氣壓表、空盒氣壓計等則通常設置于觀測站中的建筑物內。百葉箱中必須設有最高溫度計、最低溫度計、干濕球溫度計、自記式溫度計、自計式氣壓計（或微氣壓計）等。這樣，本地大氣的最高氣溫、最低氣溫、地溫、氣壓、濕度、風向風速、雨量、蒸發量、太陽輻射等氣象因子就都有精確的按時測量并加以記錄。

以上的數據是由儀器記錄或測量到的，另外還有無法用儀器取代的觀測就只有依賴觀測人員目測并加以記錄了，譬如云量、云屬、能見度、天氣現象（包括閃電、雷鳴、彩虹、雨幡……等等，俗稱“云、能、天”觀測）。因為觀測的數據必需和國內及國際的氣象機構交換，又由于過去氣象數據的交換都是通過電報來傳遞的，所以數據必須精簡，而且格式統一，稱為氣象電碼（5位數字一組）。這些氣象電碼按照規定先匯集到幾個氣象數據交換中心，然后由這些中心把匯集的數據利用有線或無線的媒體網絡廣播出去，于是每個國家或地區的氣象臺通過接收電碼就擁有全球同一時間的氣象數據了。因為數據量非常龐大，而且幾乎都在同一時間傳遞，所以即使是在今天的科技條件下，氣象電碼也還是要非常精簡的。