空基观测是指传感器在地球表面以上、中层大气及以下的观测，主要由气球探测、飞机探测和火箭探测组成。
1、气球探测
我国有常规高空探测站120个（含1个单测风站），平均站距300千米左右，其中全球资料交换站87个，全球交换的高空气候月报资料站14个，GCOS站7个。2002年我国开始用L波段探空系统替代59-701探空系统。截止2011年底，全国已有120个探空站采用L波段雷达探空系统。L波段探空系统基本实现了高空观测跟踪、接收、处理的自动化，业务运行可靠性好。另外一种气球探测系统为GPS探空系统，它采用高性能的传感器和GPS测风技术。我国气象事业总体规划中将GPS探空系统确定为新一代探空系统，目前正在开展我国国产GPS探空系统样机考核。
2、飞机探测
飞机气象观测技术是20世纪60年代发展起来的新技术。我国开展飞机大气探测始于1957年，到目前为止，仅用于人工影响天气常规作业以及对酸雨和气溶胶的少量观测，项目单一，均为临时或短期租用或调用，一直没有一架专用有人飞机用作大气综合探测飞机实验室平台。中国气象局从1993年开始了微型无人驾驶气象探空飞机研制攻关项目，1994年底，自控微型飞机首次完成了自主飞行。我国气象无人驾驶飞机开展了大气物理探测（温度、湿度、气压、风向风速）、大气化学探测（臭氧探测）、人工影响天气作业等工作。2001年底，中国气象局与中国民用航空总局就我国实施飞机气象资料下传（AMDAR）项目事宜进行了协商，成立了一个由双方成员组成的“AMDAR工作专家协调组”。到2008年底，每天大约有7800份左右的AMDAR资料进入气象数据库。
3、火箭探测
利用火箭将探测仪器或实验装备送到高空，测量或遥感大气参数。探测高层大气的火箭可分为气象火箭和探空火箭两类。国内已开发了探测高度达80千米的气象火箭，目前仅用在国防科学实验的气象保障中。
截止2011年底，我国完成120个高空气象观测站的升级换代，自动化程度、观测精度和观测资料时间分辨率明显提高。
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