I diversi tipi di strumenti meteorologici sono gli strumenti della bassa, media e alta atmosfera. Gli strumenti per la bassa atmosfera includono termometri, barometri, pluviometri, anemometri e igrometri. Razzi e satelliti costituiscono gli strumenti della media atmosfera, mentre gli strumenti dell’alta atmosfera sono composti da radiosonde e ozonosondi. Utilizzando i vari strumenti meteorologici, è possibile acquisire dati complessivi per le previsioni meteorologiche, medie dei dati climatologici e dati sulla temperatura, sul vapore acqueo, sui profili del vento e sull’inquinamento.
I primi esseri umani facevano osservazioni sul tempo e sul clima per lo più semplicemente guardando il cielo. Sono stati poi inventati strumenti semplici come le banderuole, ma erano utili solo per misurare dati climatologici, non per misurare dati per le previsioni del tempo; questi semplici strumenti non forniscono misurazioni accurate, indispensabili per fare previsioni meteorologiche. Con l’invenzione dei moderni strumenti meteorologici, tuttavia, le misurazioni quantitative possono essere effettuate da meteorologi professionisti. Gli scienziati concordano sul fatto che l’accuratezza dei moderni strumenti meteorologici è superiore per misurare i dati climatici, atmosferici e di previsione del tempo.
Lo strumento di misura della temperatura chiamato termometro è di due tipi: meccanico ed elettrico. I termometri a liquido in vetro sono meccanici, mentre i termometri a resistenza sono elettrici. Utilizzati per misurare il peso dell’aria, scientificamente chiamato pressione atmosferica, i barometri possono essere classificati come mercurio, o quelli usati nei laboratori di ricerca, e aneroidi, o quelli usati nelle case e nelle stazioni meteorologiche. Ai fini della calibrazione è necessario il controllo regolare di un barometro aneroide rispetto a un barometro a mercurio. Inoltre, un barometro aneroide può essere trasformato in uno strumento di registrazione chiamato barografo posizionando una penna sul suo puntatore.
Considerato il primo degli strumenti meteorologici, il pluviometro è uno strumento facile da costruire che misura la quantità di precipitazioni. Nel IV secolo a.C., i dati pluviometrici più antichi furono registrati in India, dove si ritiene che esistesse la presenza di una rete a causa delle registrazioni delle medie delle precipitazioni in diverse aree. Nel frattempo, lo strumento di misurazione della velocità del vento chiamato anemometro ha “coppe” che ruotano attorno a un albero nel mezzo mentre il vento le muove. L’umidità, o contenuto di umidità dell’aria, può essere misurata utilizzando un igrometro. I due tipi di igrometri utilizzati dai meteorologi sono lo psicrometro e l’igrometro ad assorbimento.
Un razzo è un motore a combustione interna che trasporta il proprio carburante e ossidante, motivo per cui può funzionare all’interno ed essere utilizzato per studiare l’atmosfera terrestre. Esempi di carichi utili, o strumenti meteorologici trasportati dai razzi, includono sensori di pressione e densità. Nel frattempo, i satelliti meteorologici vengono utilizzati dai meteorologi per osservare le nuvole e i sistemi meteorologici dall’alto. L’uso dei dati satellitari ha portato a una maggiore precisione delle previsioni meteorologiche.
Le radiosonde sono piccoli trasmettitori radio sviluppati per raccogliere misurazioni atmosferiche e trasmettere i dati raccolti alle stazioni meteorologiche sulla Terra. Le versioni precedenti avevano un orologio o un mulino a vento utile per la registrazione istantanea dei dati, mentre le versioni moderne sono dotate di barometri, termometri e igrometri. Insieme agli strumenti per la misurazione del livello di ozono chiamati ozonesondes, le radiosonde vengono trasportate nell’atmosfera da un pallone senza equipaggio.