Radarlar çok daha güvenli uçuşlara izin veriyor. Gerçekten de, bir uçak etrafındaki hava koşullarını doğru bir şekilde bilmek suretiyle fırtınalar ve yüksek yağışlardan kaçınabilir. Fırtınalar genellikle büyük türbülansların bulunduğu yerlerdir ve yoğun yağışlar ideal uçuş koşulları değildir. 

Zamanda birazcık geriye gidip uçuşun ilk günlerine geri dönelim. Havacılığın ilk on yılı, yani 1900'lü yılların başında, uçuşlar ancak iyi hava koşullarında ve yüksek görüş mesafesinde mümkün oluyordu. Bir fırtına çıktığında veya geceleri uçuş olmuyordu. Gece uçuşları birden fazla cihaz ve donanım ilavesi ile mümkün hale gelse de, bir fırtına varken veya fırtınanın olduğu yöne doğru yola çıkmak mümkün değildi.

1914 yılında, daha sonra NOAA'nın (Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi) Hava Durumu Servisi olarak değişecek olan ABD’nin Hava Durumu ofisi kuruldu. Bu ofisin önceliği daha çok yer istasyonlarından elde edilen bilgilere dayanarak, hava durumunu pilotlara bildirmekti. Bu istasyonlar, sıcaklık, basınç, rüzgâr kuvveti ve yönü, yağmur şiddeti gibi çeşitli verileri sağlıyordu.  

Teknoloji gitgide ilerledikçe, daha fazla parametre erişilebilir hale geldi ve daha doğru ölçümler yapılmaya başlandı. Örneğin, 1931'de hava durumunu görebilmek için sabah saat 5'de, 16.000 fit’e (4.875 m) kadar çıkan düzenli uçuşlar yapılıyordu. 1937'de, yükselerek yerdeki istasyona veri gönderecek radyosonde balonlar uçurulmaya başlandı. İlk başlarda bu balonlar hava sıcaklığı, nem ve basınç gibi temel verileri topluyordu.

Hava Durumu ofisinde kurulu bir istasyon,1925

II. Dünya savaşının ardından ilk hava durumu radarları ortaya çıkmıştı ve tabi ki bu radarlar yer bazlıydı. Aslında her şey savaş sırasında başlamıştı, pek çok radar operatörü uçak olmayan bazı garip yankılar fark etti. Yapılan araştırmalar bu durumun yağmur damlaları gibi hava olaylarından kaynaklandığını gösterdi. Bu etkiyi anlamak için radarın nasıl çalıştığına bir bakalım.

Radar kelimesi Türkçesi radyo ile arama ve mesafe bulma olan “RAdio Detecting and Ranging” İngilizce kelimelerinin kısaltmasından oluşmaktadır ve bir cismin mesafesini ve pozisyonunu bulmak için ( daha gelişenleri bir cismin yönünü, hareketini, açısını veya hızını verebilir. ) özellikle elektromanyetik dalgalardan olan radyo dalgalarını kullanır. Bir radar kendini sürekli tekrarlayan iki fazda çalışır,  yayma ve dinleme fazı. Temel olarak bir radar çok kısa bir sürede (yaklaşık saniyenin milyonda biri kadar) bir dalga darbesi gönderir, daha sonra dinleme fazına geçer ve yaklaşık bin kat daha uzun bir sürede bu fazı gerçekleştirir (yani milisaniye); ve sonra tüm fazlara tekrar başlar.

Burada bir ilk darbeyi yani turuncu olanı görebiliriz, daha sonra radar sessiz faza geçer ve sonra ikinci bir darbe daha gönderir. (Süreler resimdeki ölçeğe göre değildir. )

Darbeler tek bir yönde gönderilir (görüş alanı radara bağlıdır) ve radyo dalgası herhangi bir cisme (bir uçak, kuş, damla vb.) çarptığında gönderilen dalga o cismin üzerinde sıçrayarak radara doğru geri döner. Sessiz fazda, radar bu yankıları dinler ve bu cisimleri görebilir. Cisim ne kadar büyük olursa, o kadar çok dalga yayılır ve sonuç olarak ekrandaki gösterilen simgesi de o kadar büyük olur.

Şekilde gönderilen darbenin uçaktan sıçrayarak radara geri döndüğünü görebiliriz.

Gönderilen dalgalardan hiçbir cismin üzerinden sıçramayanları sadece yayılmış olur ve radara geri dönmezler. Bu ilke sayesinde bir cismin olup olmadığını anlayabiliriz, ancak bu cismin ne kadar uzakta olduğunu nasıl bilebiliriz? İşte burada işin içerisine biraz matematik giriyor. Radyo dalgaları görünür ışık gibi bir çeşit elektromanyetik dalgadır. Bu yüzden tam olarak bildiğimiz ve sabit olan c diye adlandırdığımız ışık hızında hareket ederler. Yani radarın içinde bir saat bulundurarak, darbenin herhangi bir cisme çarptığı ve geri döndüğü süreyi bilebilir, cismin bulunduğu uzaklığı hesaplayabiliriz.  En temel fizik denklemlerinden biri olan: (hız=yol/zaman)

Mesafeyi bulmak istediğimiz için, denklemi basitçe çevirerek bu hale getirebiliriz: (yol=hız/zaman)

Dalganın hızını biliyoruz; c olarak adlandırdığımız ışık hızı. Ve çok doğru saatimiz sayesinde zamanı da biliyoruz. Unutulmaması gereken tek şey, bir cismin bulunduğu uzaklık içinradardan giden herhangi bir dalganın bir ileri bir de geri olmak üzere iki kez yol almasıdır. O halde cismin radardan ne kadar uzaklıkta olduğunu tam olarak öğrenmek için tek yapmamız gereken zamanı ikiye bölmek.

Buna ilaveten, radarın kendi etrafında dönmesini sağlayarak, kendi çevresini görmesini sağlayabilir ve bir cismin hangi yönde olduğunu öğrenebilirsiniz. Yönden ziyade uzaklığı verdiklerinden dolayı radarlar genellikle çok dar bir görüş alanına sahiptirler. (En azından bu örnekteki birincil radar olarak adlandırılan radarlar için) Yani, bir cismin tam uzaklığını radarın gösterdiği yön doğrultusunda bilebilirsiniz. Radarı döndürerek de 360 ° görüş alanına sahip olabilirsiniz.  

Hava radarlarına bakacak olursak, radarlar ile tam olarak aynı şekilde çalışırlar, ancak uçaktan ziyade yağmur damlaları gibi daha küçük nesneleri aramaya çalışırlar. Büyük yağmur damlacıkları yağmur olabileceği gibi kümülonimbüs gibi büyük bulutlar anlamına da gelebilir. Uçaktaki hava radarlarının antenleri genellikle uçağın burnuna yerleştirilir ve 360 ​​derecelik bir açı ile dönmezler. Bunun yerine uçağın gitmek zorunda olduğu yönü yani uçağın önünü görebilirler.

NASA’ya ait B737'nin burnundaki hava durumu radarının anteni.

1955'den, yani uçaklarda yer alan ilk hava durumu radarlarının kullanımından bu yana, bu cihazlar uzunca bir yol kat etti. Günümüzde uçak radarları gittikçe daha kompleks hal alarak pilotlara hava durumu hakkında daha iyi bilgi sağlamakta daha kaliteli ve doğru bilgiler vermektedir.

Uçaktaki hava radarının nasıl bir görüntü verdiğinin resmi.

Yeşil bölümler daha düşük olan yansımaları, kırmızı bölümler ise daha yüksek olan yansımaları gösterir.

Uçakta hava durumu radarının olması, artık yer tabanlı hava durumu merkezlerinin olmadığı anlamına gelmiyor. Aslında bu merkezler çok önemli, çünkü anın tahminini verebildiği gibi gelecek durum için de hangi güzergâhların alınabileceği gibi fikirler verebilir. Yer istasyonları (günümüzde uyduların yardımı ile) havanın daha genel görünümünü hakkında bilgi verirken, uçaktaki radarlar, pilotların önlerinde ne olduğunu bilmeleri için nispeten onlara daha yakın olan durumlar hakkında bilgi sağlamaktadır.