高空观测是地面附近以外的大气探测，是由气球携带的探空仪器完成的。探空仪带有测量大气温度、湿度和气压的传感器，探测结果再通过无线电报的形式传送回地面探空站，同时使用雷达对探空气球进行追踪，根据探空气球的运动轨迹推断大气各个高度的风速风向。
除了观测站用气球携带探空仪器进行常规高空观测外，高空观测的方式还有多种，如飞机观测、GPS水汽观测、下投式探测、定高气球以及外形观测等
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