要了解过去的天气情况，主要通过气象观测设备记录的历史数据和气象档案系统实现。地面自动气象站每小时记录温湿度、气压、降水等数据；探空仪每日两次采集高空温湿风数据；气象卫星持续拍摄云图并反演大气参数；雷达记录降水强度和风场变化。这些数据经质量控制后存入国家级气象数据库，形成可供查询的完整历史天气记录。

这一方法的科学依据在于现代气象观测已形成立体化网络。以厦门市为例，其2025年投入运行的P波段风廓线雷达能每分钟生成16公里高空的风速数据，配合全市密集部署的自动站，实现了"百米级、分钟级"的气象数据采集。国家气象中心数据显示，北京市已布设约500个自动气象站，阿拉善盟建有100个站点，观测密度较十年前提升5倍。这些实时观测数据通过超级计算机处理后，既用于天气预报，也作为历史资料存档。气象部门采用WRF、ECMWF等数值模型对历史数据进行同化处理，通过四维变分同化技术将不同时空分辨率的观测资料融合，重构出过去天气的三维场。例如星图云平台通过多源数据融合算法，能生成基于实际地形的历史气象分析产品，包括三维云场分布、云水含量等精细化参数。对于更早期的历史天气，研究人员会结合卫星遥感存档、天气图数字化成果以及古籍记载进行重建，如通过风云系列卫星40年积累的云图数据反演1980年代的气象要素。这种多尺度数据融合技术使现代气象回溯的时空精度较二十年前提高10倍，为气候研究、灾害评估等提供可靠依据。