根據(jù)氣溫及氣壓等觀測數(shù)據(jù)來預(yù)測未來氣象的“數(shù)值預(yù)報(bào)”概念自提出至今已有100多年。隨著模型（計(jì)算公式）的精確化和計(jì)算機(jī)的升級換代，如今已經(jīng)可以預(yù)測幾小時(shí)后的局部地區(qū)天氣情況和數(shù)十年后的氣候變化了。獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的美國普林斯頓大學(xué)高級研究員真鍋淑郎開發(fā)的模型為數(shù)值預(yù)報(bào)的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。

基于2021年7月25日上午9點(diǎn)的大氣情況對8月5日上午9點(diǎn)的降雨量進(jìn)行預(yù)測（圖片由日本氣象廳提供）

數(shù)值預(yù)報(bào)是1904年挪威氣象學(xué)家皮耶克尼斯（Bjerknes）最先提出的。他認(rèn)為，“只要對初期的大氣狀態(tài)以及引起大氣變化的物理規(guī)律擁有足夠正確的知識，就能進(jìn)行合理的天氣預(yù)報(bào)”，并發(fā)表了運(yùn)用流體力學(xué)和熱力學(xué)的方程式。

不過，計(jì)算復(fù)雜的方程式需要很長時(shí)間。英國的理查森（Richardson）曾于1920年前后嘗試手工計(jì)算出德國慕尼黑附近的6小時(shí)氣壓變化預(yù)報(bào)，但花費(fèi)1個(gè)月以上的時(shí)間得出的預(yù)測值并不符合實(shí)際情況。

計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)打破了這一壁壘。1950年，美國的馮·諾依曼（Von Neumann）使用被稱為世界首臺實(shí)用性計(jì)算機(jī)的“埃尼阿克（ENIAC）”，成功對美洲大陸上空大氣一天后的情況進(jìn)行預(yù)報(bào)。

1954年瑞典開始作為氣象相關(guān)部門的業(yè)務(wù)而進(jìn)行數(shù)值預(yù)報(bào)，美國的開始時(shí)間為1955年，日本為1959年。

預(yù)測整個(gè)地球大氣流動的技術(shù)也于1950～1960年代以美國為中心開始進(jìn)行研究。帶頭的是美國環(huán)境科學(xué)廳（ESSA，現(xiàn)在的美國國家海洋和大氣管理局）下屬的地球物理流體力學(xué)研究所（GFDL）、加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校及美國國家大氣研究中心。日本研究人員也有參與。

地球物理流體力學(xué)研究所于1956年對計(jì)算機(jī)進(jìn)行積極投資，引進(jìn)了IBM首款商用大型計(jì)算機(jī)“701”等。真鍋淑郎在東京大學(xué)取得博士學(xué)位后成為該研究所研究人員，他在1960年代后半期建立了研究二氧化碳對全球變暖所產(chǎn)生影響的模型以及研究大氣與海洋熱交換的“大氣-海洋耦合模型”。

隨著計(jì)算機(jī)的性能迅速提高，氣象預(yù)測使用的超級計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大約每5年增長至原來的10倍。1970～1980年代，日立制作所、NEC及富士通的超算在世界上投入使用。

日本氣象廳開始數(shù)值預(yù)報(bào)之初，以381公里見方的區(qū)域?yàn)閱挝唬A(yù)測北半球的天氣?，F(xiàn)在使用計(jì)算能力是當(dāng)時(shí)1.5萬億倍的超算，以20公里見方的區(qū)域?yàn)閱挝?，預(yù)測整個(gè)地球11天后的天氣。在日本周邊，以2公里見方的區(qū)域?yàn)閱挝唬A(yù)測10小時(shí)后的局部降雨等。還根據(jù)真鍋的大氣-海洋耦合模型，進(jìn)行1個(gè)月以上的長期預(yù)報(bào)。

日本理化學(xué)研究所和富士通開發(fā)的超算“富岳”

日本九州大學(xué)及日本國立環(huán)境研究所等正在使用世界最快的超算“富岳”，研究大氣中的微粒對氣候變化的影響。數(shù)值預(yù)報(bào)涉及廣泛的領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代社會不可或缺的技術(shù)。

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