気象
天気予報では、気象観測のデータをさまざまな形で活用する。観測値から、大気の現在の状態を補完して出力することができるほか、将来の変化を予測して出力する。現在の天気予報は予報対象により異なるがプリミティブ方程式というものを用いて、コンピューターにより実際の大気を再現したモデル上で物理値を演算する数値予報が主流となっている。
天気図はいくつかの気象要素を地図上に表現したもの。19世紀後半に近代気象学が始まってからしばらくは手作業により記入された地上実況天気図がほとんどだったが、予報には不可欠な資料であった。数値予報が始まってからは数値予報の演算により多くの種類の予想天気図や高層天気図が作成されるようになった。現代の天気予報においては、一般的に目にする地上実況天気図だけでは予報の正確性に欠くので、高層天気図や予想天気図を活用して予報を行うのがふつうである。
また、雷雨の発生などを判断する熱力学ダイアグラムとしてエマグラムなどのグラフを用いることがある。
大気に供給される熱は、緯度、地形、季節、時間などによって異なるため温度差が生じる。大気の場合、空気が部分的に温まると膨張して密度が下がり、周囲より浮力が大きくなるため上昇する一方、逆に冷やされると収縮して密度が上がり、周囲より浮力が小さくなるので下降する。これは一例ではあるが、こうしたある空間の物理的な不均一を解消しようとする働きによって、一種の乱れが発生する。気象の根本的な原因はこの乱れであり、気象学においてはこれを擾乱(じょうらん)(気象擾乱)とよび、「大気の定常状態(平衡)からの乱れ」と定義している。
擾乱や定常状態は物理的な気象要素として方程式に記述できる現象であり、天気予報ではこの方程式を活用して擾乱を予測する。気象に関係する方程式は熱力学や流体力学などが中心で、特にこれらの分野の理解が必要となる。また、気象は複雑なシステムであり様々な外的要因、内的な不安定要因が存在する。外的なものでは地形の影響、地球の自転の影響、海洋の影響など様々なものが関係していて、総合的に考える必要がある。内的なものではカオス理論(バタフライ効果)で述べられているような初期値鋭敏性、例えば分子や原子レベルの振る舞いの違いが現象の現れ方の違いになりうるが、天気予報に用いるコンピューターの能力の限界からそれを完全に再現することは困難で、実際には近似によりある程度単純化して再現性の良いものを用いる、ということが行われている。
日本において、日本語の「気象」が一般的に大気現象の意味で用いられるようになったのは、明治時代初期のことである。それまでは人物の性格や気質を指して用いられており、現在の「気性」と同じ意味であった。1873年(明治6年)発行の柴田昌吉、子安峻編『附音挿図英和字彙』においてMeteorologyを気象学と訳したのが初期の用例として挙げられ、1875年(明治8年)6月に設立された東京気象台(現在の気象庁)では行政機関の名として初めて使用された。
「気象」には類義語がある。
気象 (meteorological phenomena) - 大気の諸現象を指す。大気現象。
天気 (weather) - 「気象」のうち、ある時点または2 - 3日間程度の、大気の総合的な状態を指す。日常会話では晴天のことを指して使う場合もある。
天候 - 数日から数ヶ月程度の大気の総合的な状態を指す。ただし日常会話では「悪天候」「天候に恵まれる」のように天気と同じような意味で用いられる場合がある。
気候 (climate) - 1年を周期として毎年繰り返す、大気の総合的な状態を指す。
ただし、同じ大気中の物理現象であっても、地理的な観点から「ある土地固有の気象現象」として捉えた場合は「天候」「気候」と呼び、別の意味をもつ。
また地球を取り巻く諸現象(地球科学的現象)を考えたとき、大気の中で起こる現象を「気象」といい、大気圏外で起こる現象は「天文現象」、地面や地中で起こる現象は「地質現象」として区別される。ただ、これらは全くの無関係ではなく相互に影響しあう部分がある。