天气是特定地点和时刻的地球大气层状态，包括温度、压强、湿度、风、云量和降水等。它既涵盖晴天、微风等日常状况，也包括风暴等会造成破坏或干扰的事件。气候描述的是长期的大气变化规律，而天气关注的是具体的大气状况及其短期变化。大多数天气现象发生在大气层最底部的对流层。研究天气和大气过程的科学称为气象学。(ncei.noaa.gov)
主要要素
天气通过多种相互关联的观测量来描述。气温反映空气的冷热程度；大气压强有助于判断天气系统的分布与发展。风是空气的运动，通常用风速和风的来向表示。空气的垂直运动虽然通常比水平运动弱，但对云的形成和风暴的发展尤为重要。(weather.metoffice.gov.uk)
湿度描述大气中的水汽状况。相对湿度表示空气在当前温度下接近饱和的程度，因此，即使水汽含量没有增减，相对湿度也会随温度变化而改变。露点是空气在特定条件下冷却至饱和时的温度。这些观测量有助于确定可供云、雾和降雨形成的水汽条件。(weather.metoffice.gov.uk)
云由悬浮的液态水滴、冰粒，或两者共同组成，而不是由看不见的水汽组成。降水包括从云中落下的雨、雪以及其他液态或固态形式的水。观测还记录能见度、日照、辐射和积雪深度，因为任何单一观测量都无法完整描述大气状况。(science.nasa.gov)
物理过程
天气的形成和演变源于大气运动、加热与冷却以及水分之间的相互作用。压强差会产生作用力，使空气加速向压强较低的方向运动。地球自转通过科里奥利效应改变这一运动，使运动中的空气在北半球向右偏转，在南半球向左偏转。地表摩擦进一步改变风速和风向。因此，风并不是简单地从高压中心直接吹向低压中心。(noaa.gov)
大气中的水分将天气与水循环联系起来。液态水通过蒸发变成水汽，水汽通过凝结变成液态水滴。上升的空气通常会膨胀并冷却，可能达到饱和并形成云。下沉的空气通常会变暖，往往促使云滴蒸发。这些过程有助于解释为什么低压系统经常带来较多云的天气，而高压系统往往带来较晴朗的天空。(science.nasa.gov)
水的物态变化也会传递潜热。凝结向大气释放热量，有助于为风暴提供能量，并影响随后的空气运动。因此，水分不只是天气中可见现象的组成部分，还直接参与大气系统形成组织结构和增强的过程。(weather.metoffice.gov.uk)
天气系统与空间尺度
气团是温度和湿度相对均匀的大范围空气团块。其性质反映了源地的特点：源自海洋的空气通常比源自陆地的空气更湿润，而极地与热带源地形成的气团在温度上差异明显。气团移动时，会将这些性质带到其他地区。(weather.gov)
锋是性质不同的气团之间的交界面。较冷空气向较暖空气推进时形成冷锋；较暖空气向前推进时形成暖锋。准静止锋移动很少，而锢囚锋则涉及不同锋面的汇合。锋面抬升作用可形成云和降水，具体结果取决于水分条件和大气稳定度。(weather.gov)
天气还受地表上方大气环流的影响。急流是高空大气中集中分布的高速气流带，能够推动天气系统移动，并影响温度和降水的分布。因此，地面天气图与高空观测描述的是同一不断演变的大气中相互补充的不同部分。(nesdis.noaa.gov)
观测与预报
天气观测数据来自陆地观测站、船舶、浮标、飞机、气球和卫星。这些观测平台共同测量地表及大气各高度的状况。仪器安置条件的标准化和质量控制必不可少，因为附近的地表、阳光直射以及其他局地因素都可能使测量结果产生偏差。(weather.metoffice.gov.uk)
雷达利用电磁脉冲探测降水，卫星遥感则监测云的结构，并反演大气温度和水分信息。这些系统能够观测广阔区域，包括海洋和地面仪器稀少的地区，从而补充单个观测站的观测。(weather.metoffice.gov.uk)
数值天气预报使用以观测数据设定初始状态的计算机模型，推算未来的大气状况。全球模型描述大尺度的演变，而区域模型能够更细致地表示地形、海岸线和较小尺度的过程。集合预报采用不同的初始条件或模型表示方法开展多次模拟，以估计可能结果的范围及其出现概率。(metoffice.gov.uk)
可预报性与实际意义
大气是一个混沌系统：初始状态中微小的不确定性可能逐渐放大，导致预报结果出现显著差异。观测的不完整和模型中的近似处理都会限制预报的准确性。因此，预报的可信度取决于大气状况、预报时效、地点和所预测的变量；大范围的天气形势可能比其在局地的具体表现更容易预测。(metoffice.gov.uk)
天气信息为农业、航空、交通运输和应急管理提供支持。温度和降水预报为农业作业提供依据，而风、能见度和风暴的观测与预报则支持交通运输决策。灾害性天气预警将大气预报转化为有关潜在危险的信息，包括破坏性大风和洪水。(gsl.noaa.gov)