Кроме давления воздуха, очень важно знать и другие показатели, характеризующие его свойства, а также состояние погоды: температуру воздуха, его влажность, силу и направление ветра, количество и вид облаков, количество выпавшего дождя и снега. Десятки тысяч специальных станции (их называют метеорологическими) на всём земном шаре непрерывно следят за погодой и тщательно записывают её изменения (рис. 4). Все эти сведения тотчас же посылаются в центры; по ним делают заключения о том, какая ожидается погода.
Метеорологические наблюдения сначала производились только вблизи от поверхности Земли. Но так как воздух простирается вверх на многие тысячи метров, то легко понять, что эти наблюдения не могут полностью охарактеризовать состояние всего воздушного океана. Поэтому метеорологи давно стремились получить сведения из более высоких слоёв атмосферы. Для этого стали строить станции в горах. Некоторые из таких станций расположены очень высоко. Так, станции на горе Эльбрус на Кавказе и на леднике Федченко на Памире находятся на высоте около 5000 метров.
Рис. 4. Метеорологическая станция. На высоком столбе укреплён флюгер, которым измеряют силу, скорость и направление ветра. В похожих на ульи будках находятся термометры и другие приборы. Конус на столбе справа — дождемер; с его помощью измеряют, сколько выпало дождя или снега.
Но при этом атмосферные явления искажаются влиянием гор. Значит, и таким образом не достигается основная цель — получение правильного представления о состоянии воздушного океана. Поэтому метеорологи пошли ещё и по другому пути: они построили целый ряд приборов, позволяющих получать необходимые сведения из верхних слоёв атмосферы непосредственно.
Для того, чтобы узнать, какой ветер дует на разных высотах над землёй, в воздух выпускается небольшой резиновый шар, наполненный лёгким газом — водородом, так называемый «шар-пилот». Наблюдая с земли специальными приборами за его перемещениями, определяют направление и скорость ветра на разных высотах (рис. 5).
Рис. 5. «Шар-пилот» только что выпущен в воздух. Определяя его положение через каждую минуту, наблюдатель (у прибора на треноге) узнаёт, каков ветер на разной высоте.
Чтобы получить сведения и о других явлениях в атмосфере, в воздух стали выпускать снабжённые парашютами шары, большие чем шары-пилоты. К ним подвешивают приборы, записывающие температуру, влажность и давление воздуха. Поднимаясь высоко вверх, такой воздушный шар, наконец, разрывается, а прибор на парашюте невредимым опускается на землю. Такие, как их называют, «шары-зонды» позволили получить сведения с высоты до 40 километров (рис. 6).
Неудобство этого способа заключается в том, что прибор далеко относится ветром, и он опускается на землю в неизвестном, зачастую малонаселённом месте. Иногда прибор таким образом вовсе теряется, или его находят спустя долгое время с попорченными записями. Чтобы избежать этого, учёные обратились за помощью к радиотехнике. К шару-зонду стали прикреплять маленький радиопередатчик, который непрерывно посылает свои сигналы на Землю. Используя такой «радиозонд», мы получаем все необходимые сведения о состоянии атмосферы сразу же, во время полёта прибора. Радиозонды регулярно и в большом количестве впервые в двадцатых годах текущего столетия стали применяться в Советском Союзе и получили здесь большое распространение.
Общим недостатком всех перечисленных способов является то, что в наблюдениях не принимает участия человек. Как бы хорош ни был прибор, он способен только на механическую запись некоторых явлений погоды.
Поэтому издавна человек стремился сам проникнуть в атмосферу до возможно большей высоты. Вначале эти попытки делались только на воздушных шарах — аэростатах (рис. 7). Однако, наблюдатель в открытой корзине воздушного шара может подняться сравнительно невысоко — до 6 — 7 километров.
Развитие авиации позволило применить для исследования атмосферы самолёты. В настоящее время они широко используются всеми центральными метеорологическими учреждениями и позволяют очень быстро получать подробные и полные наблюдения. Но и на самолёте можно подняться только до небольшой высоты — до 7 — 8 километров, и лишь в отдельных случаях высота эта достигает 12 — 14 километров.
Чтобы проникнуть ещё выше, были применены усовершенствованные воздушные шары, названные стратостатами.
Стратостат — это огромный воздушный шар, снабжённый непропускающей воздух металлической кабиной-гондолой (рис. 8). Это и ряд других технических приспособлений позволяют находящимся в гондоле стратостата наблюдателям не испытывать больших неудобств при подъёме в высокие слои атмосферы и даёт им возможность производить там нужные наблюдения. Наибольшая высота достигнута 11 ноября 1935 г. в США A. Л. Стивенсом и О. Андерсоном — 22 066 метров. Эта высота сравнительно невелика и много ниже, чем высота, которой достигают шары-зонды или радиозонды.
Сейчас учёные и инженеры работают над постройкой более совершенных аппаратов, которые позволят человеку проникнуть до ещё больших, неизведанных высот воздушного океана.