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天氣預報（測）又稱氣象預報（測）、氣象報告。天氣預報是使用現代科學技術對未來某一地點地球大氣層的狀態進行預測。從史前人類就已經開始對天氣進行預測來相應地安排其工作與生活（比如農業生產、軍事行動等等）。今天的天氣預報主要是使用收集大量的數據（氣溫、濕度、風向和風速、氣壓等等），然後使用目前對大氣過程的認識（氣象學）來確定未來空氣變化。由於大氣過程的混亂以及今天科學並沒有最終透徹地了解大氣過程，因此天氣預報總是有一定誤差的。
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總言之，氣象預報是基於對當前氣象條件的觀察和分析，利用物理模型、統計學方法和過去氣象資料等多種因素進行推算而得出的預測結果。儘管氣象預報的算法和方法很複雜，但其仍然有一定的主觀性。因此，氣象預報並不是完全客觀的機率預測，而是基於對過去、現在和未來氣象條件的綜合判斷，提供對某些事件發生可能性的預測。
許多人的生活受氣象的影響。因此從史前開始人類就試圖預測一天或者一個節氣之後天氣會是怎樣。前650年左右巴比倫人使用雲的樣子來預測天氣。前340年左右亞里士多德在他的《天象論》中描寫了不同的天氣狀態。中國人至少在前300年左右有進行天氣預報的紀錄。
古代天氣預報主要是依靠一定的天氣現象，比如人們觀察到晚霞之後往往有好天氣。這樣的觀察積累多了形成了天氣諺語，只不過隨著時代、環境演變，有些諺語可能未必準確或切合時宜。
從17世紀開始科學家開始使用科學儀器（比如氣壓表）來測量天氣狀態，並使用這些數據來做天氣預報。但很長時間裡人們只能使用當地的氣象數據來做天氣預報，因為當時人們無法快速地將數據傳遞到遠處。1837年電報被發明後人們才能夠使用大面積的氣象數據來做天氣預報。
20世紀氣象學發展迅速。人類對大氣過程的了解也越來越明確。1970年代數值天氣預報隨電腦硬件發展出現並且發展迅速，成為現代天氣預報之主流。
現代天氣預報有五個組成部分：
最傳統的數據是在地面或海面上通過專業人員、愛好者、自動氣象站或者浮標收集的氣壓、氣溫、風速、風向、濕度等數據。世界氣象組織協調這些數據採集的時間，並制定標準。這些測量分每小時一次（METAR）或者每六小時一次（SYNOP）。
使用探空氣球可以一直上升到對流層頂收集上空的氣溫、濕度、風速數據。
氣象衛星的數據越來越重要。氣象衛星可以採集全世界的數據。它們的可見光照片可以幫助氣象學家來檢視雲的發展。它們的紅外線數據可以用來收集地面和雲頂的溫度。通過監視雲的發展可以收集雲的邊緣的風速和風向。不過由於氣象衛星的精確度和分辨率還不夠好，因此地面數據依然非常重要。
在數據同化的過程中被採集的數據與用來做預報的數字模型結合在一起來產生氣象分析。其結果是目前大氣狀態的最好估計，它是一個三維的溫度、濕度、氣壓和風速、風向的表示。
數值天氣預報是使用電腦來模擬大氣。它使用數據同化的結果作為其出發點，按照今天物理學和流體力學的結果來計算大氣隨時間的變化。由於流體力學的方程組非常複雜，因此只有使用超級電腦才能夠進行數值天氣預報。這個模型計算的輸出是天氣預報的基礎。
模型計算的原始輸出一般要經過加工處理後才能成為天氣預報。這些處理包括使用統計學的原理來消除已知的模型中的偏差，或者參考其它模型計算結果進行調整。
過去氣象學家必須自己做處理工作，今天24小時以上的天氣預報主要是使用多種不同模型後對其結果進行綜合。氣象學家還必須分析預報出來的模型數據來使最終用戶能夠理解它。此外天氣預報的模型一般分辨率不是特別高。當地的氣象學家還必須通過當地的經驗在涉及地區性的影響，使得當地的天氣預報更加精確。不過隨着天氣預報模型的不斷精密化這個工作量越來越小了。
對於最終用戶來說天氣預報的展示是整個過程中最重要的。只有知道最終用戶需要什麼信息、如何才能將這些信息易懂地傳達給最終用戶才能完成這個任務。
公眾是天氣預報的一個主要用戶。不但天氣災害如冰雹、颶風等等對公眾生活有巨大的影響和威脅，即使日常生活、節假日安排、穿衣等等也要依靠天氣預報。電視、廣播、報紙、因特網中均有對公眾的天氣預報服務。
天氣對航空的影響非常大。幾乎所有的飛機場均有自己的氣象站。在飛機起飛前機組人員要獲得整個的飛行路線上的天氣情況以及天氣預報數據。
天氣對用電量的影響非常大，因此電力公司通過天氣預報預測用電量。
其它私人企業也可以通過天氣預報來調整它們的需求和供給。比如超市在熱天可以提供更多的飲料，等等。
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