境内气象测报始于1931年，县测候所负责气象观测。1951年1月1日零时华东空军兖州气象站正式执行中央军委《气象观测简要》，开始地面气象测报工作。观测场地位于北纬35°34′，东经116°51′，海拔高度51.7米，面积25×25平方米。有气温、气压、湿度、日照、雨量等自记仪器，昼夜观测云能天、风向、风速、气温、湿度、气压、降水、蒸发、日照、冻土、地温、雪深、雪压、电线积冰等项目。观测记录有甲种本(每小时1次)，乙种本(每日8次)和月、年总簿(旧国际月报表)。1952年1月1日起，按照军委气象局下达的气象技术“921”汇编规定，编发天气报告、补充天气报告、航线危险天气报告。1954年1月1日起，于北京时间1、7、13、19时进行观测，编发天气报告，5、11、17、23时编发4次补充天气报告，0～24时编发航线危险天气报告。1958年4月，接受中央气象台天气预报，开展单站补充天气预报服务，进行农业气象观测，对小麦、玉米、棉花等农作物气象条件分析及土壤湿度、墒情测定发报，为经济建设和国防提供及时、准确的气象服务。在为地方服务方面，气象部门根据气象资料，经综合分析后，除每天两次发出天气预报外，遇有灾害性、关键性和转折性天气及时报告。播种、收获季节还发出播种、雨量、墒情专题预报。
随着科学的进步，观测技术手段、设备逐步更新。1954年使用电接风向风速自记记录仪。1981～1983年通过实验对日照自记纸涂药配制成分、配药比例作了改进，提高了日照记录迹线感光反应灵敏度和清晰度。1985年5月增设气象传真机2部，按时次接收北京、上海、日本东京等地发射的亚欧地区天气资料及高空、地面天气形势图。1986年1月1日增设PC--1500微机，编制测报工作程序，查算精确率100%，测报质量错情率为0.4‰。1987年启用微机编制地面气象观测记录报表，出门合格率为100%。1988年7月，各乡镇安装了气象预报警报器。1990年使用气象传真机接收我国风云2号气象卫星发射的区域卫星云图和区域降水预报资料，数据全面、准确清晰，使天气预报走向定量化、客观化、模式化。1995年投资5万元购置了一套卫星气象接收装置，实现了与省、市的微机联网。
由于气象测报准确及时，1957年兖州气象站被山东省气象局授予“全省先进单位”、中央气象局授予“全国先进单位”称号，胡成祥、罗玉仙出席省气象工作先进代表会议，张本芝出席全国气象工作先进代表会议。1978年，王秀卿被评为全省“气象标兵”，出席全国气象系统“双学”先进代表大会，被授予全国“气象先进工作者”称号，受到党和国家领导人接见。1980年在全国气象系统开展的“优质百班无差错”活动中，测报员郭力燕创该站第一个“百班无差错”，受到奖励。至1995年，先后有38人次获奖。1988～1995年，气象局连续被市政府授予“双文明”先进单位。