由于大气科学综合探测系统也已向空基为主的方向发展，对地观测卫星具有连续光谱信息的探测能力，除了大气圈，还能获取水圈、地圈、冰雪圈、生物圈等多源遥感信息。如何充分利用海量信息进行科学研究，并开展气象服务；气象综合探测所获取的多源信息资料将面临如何得到优化融合的应用难题，上述诸多问题将是气候工作者面临的重大挑战。
随着社会需求的增长和气象事业自身发展的需要，传统的天气气候预报预测将转变为从大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈的相互作用来理解发生在气候系统中的各种运动和过程（包括物理、化学和生物过程），从而提高天气气候预报、预测水平；天气气候业务也将向气候系统的多时间尺度预报预测转变。未来的气候变化研究将更充分地体现气候系统概念的拓展问题。现代全球气候系统科学问题包括了不同时间尺度的气候变率；海洋环流、能量和水循环的作用；冰雪圈的影响；平流层作用；人类活动影响，尤其是温室气体排放对气候变化的影；气候预测，重点是解决季节预测和年际预测，尤其未来50-100年气候变化趋势预估等问题。为深入认识气候系统与全球变化，有效适应全球变化和履行UNFCCC（联合国气候变化框架公约），需要了解过去气候变化的成因，有效地检测出人类活动引起的全球和区域气候变化信号，更加准确地预测未来气候变化趋势和情景，并研究气候变化对我国的生态系统和敏感经济部门可能产生的影响，提出适应对策建议，将关系到我国社会、经济可持续发展和国家安全长远战略问题。随着人类活动对气候系统影响的日益显著，全球变化及其相关的科学技术问题，越来越引起人们的关注。作为新兴的交叉学科，上述领域的研究已成为当今大气科学的前沿，而且其研究成果可以直接为UNFCCC等国际环境外交谈判提供科学支撑，同时也对综合观测与科学试验提出了更高的要求。
当前日益发展和成熟的物理学、现代电子技术、信息技术，特别是空基和地基遥感技术及计算机技术飞跃发展，为大气探测新技术的问世提供了契机，目前大气探测已拓展成为气象观测学科，其属于地球科学研究的重要技术支撑领域。20世纪90年代以来，国际上基于卫星、飞机、气球和地面各类平台的探测技术迅猛发展，形成了从全球、区域层面到中小尺度、微尺度层面的立体探测。对大气中各种物理和化学过程的深化认识和定量分析技术发展，对增进大气科学研究以及多圈层相互关系的理解发挥了重要作用。除了大气科学本身的发展需求外，大气探测技术发展的动力还源自人类对了解大气状况和气候变化影响的日益增长的需求，同时人类在大气中空间活动范围也不断增大，对其空间环境的认知十分迫切，这些需求都大大推动了大气科学探测技术的发展。
当前，卫星气象学就是伴随卫星探测技术的提升而发展的。自从1960年第一颗气象卫星发射成功以来，世界上先后有100多颗气象卫星上天。气象卫星经历了从试验到业务，从极轨到静止，从单一仪器观测到综合仪器观测，从单星系统到多星组网观测的发展，取得了显著的进步。从总体上看，世界气象卫星事业已经达到了比较高的技术水平，进人了成熟的业务阶段，应用领域广泛、效益显著。
灾害性天气及中小尺度天气系统动力学的研究日益受到重视，21世纪如何提高气候和中小尺度天气系统的监测和预报水平，对于减轻灾害气候和天气灾害造成的损失将更是各国政府关注的问题。另外，影响我国天气变化的主要环流系统极其复杂。
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