Kemajuan selama awal abad ke-20
Aspek penting dari prediksi cuaca adalah untuk menghitung pola tekanan atmosfer — posisi pasang surut dan perubahannya. Penelitian modern telah menunjukkan bahwa pola tekanan permukaan laut merespons gerakan angin atmosfer atas, dengan aliran dan gelombang jet yang bergerak cepat dan sempit yang merambat di udara dan mengalirkan udara melalui diri mereka sendiri.
Kejutan dan kesalahan yang sering terjadi dalam memperkirakan pola tekanan atmosfer permukaan tidak diragukan lagi menyebabkan peramal abad ke-19 mencari informasi tentang atmosfer atas untuk kemungkinan penjelasan. Ahli meteorologi Inggris Glaisher membuat serangkaian kenaikan dengan balon selama tahun 1860-an, mencapai ketinggian sembilan kilometer yang belum pernah terjadi sebelumnya. Pada sekitar waktu ini para penyelidik di Benua mulai menggunakan balon tanpa awak untuk membawa barograf rekaman, termograf, dan hygrograph ke ketinggian tinggi. Selama akhir 1890-an, ahli meteorologi di Amerika Serikat dan Eropa menggunakan layang-layang yang dilengkapi dengan instrumen untuk menyelidiki atmosfer hingga ketinggian sekitar tiga kilometer. Sekalipun ada upaya-upaya ini, pengetahuan tentang atmosfer atas tetap sangat terbatas pada pergantian abad ini. Situasi ini diperburuk oleh kebingungan yang diciptakan oleh pengamatan dari stasiun cuaca yang terletak di pegunungan atau puncak bukit. Pengamatan seperti itu sering tidak menunjukkan apa yang diharapkan, sebagian karena sedikit yang diketahui tentang atmosfer bagian atas dan sebagian karena pegunungan itu sendiri mempengaruhi pengukuran, menghasilkan hasil yang tidak mewakili apa yang akan ditemukan di atmosfer bebas pada ketinggian yang sama.
Untungnya, sejumlah besar ilmuwan telah mengajukan gagasan yang memungkinkan peramal cuaca untuk berpikir tiga dimensi, meskipun pengukuran meteorologis yang memadai masih kurang. Henrik Mohn, yang pertama dari garis panjang ahli meteorologi Norwegia yang sangat kreatif, Wladimir Köppen, ahli klimatologi Jerman yang terkenal, dan Max Margules, ahli meteorologi kelahiran Rusia yang berpengaruh, semuanya berkontribusi pada pandangan bahwa mekanisme udara atas menghasilkan energi badai..
Pada tahun 1911 William H. Dines, ahli meteorologi Inggris, menerbitkan data yang menunjukkan bagaimana atmosfer bagian atas mengimbangi kenyataan bahwa angin tingkat rendah membawa udara menuju pusat tekanan rendah. Dines mengakui bahwa aliran masuk di dekat tanah kurang lebih seimbang dengan sirkulasi naik dan naik ke atas. Memang, untuk siklon mengintensifkan, yang akan membutuhkan penurunan tekanan pusat, aliran keluar harus melebihi arus masuk; angin permukaan dapat menyatu cukup kuat menuju siklon, tetapi aliran keluar yang cukup tinggi dapat menghasilkan tekanan jatuh di tengah.
Para ahli meteorologi pada masa itu sekarang sadar bahwa sirkulasi vertikal dan fenomena udara atas itu penting, tetapi mereka masih belum menentukan bagaimana pengetahuan semacam itu dapat meningkatkan peramalan cuaca. Kemudian, pada tahun 1919, ahli meteorologi Norwegia Jacob Bjerknes memperkenalkan apa yang disebut sebagai model siklon Norwegia. Teori ini menyatukan banyak ide sebelumnya dan menghubungkan pola angin dan cuaca dengan sistem tekanan rendah yang memperlihatkan front — yang merupakan batas miring yang tajam antara massa udara dingin dan hangat. Bjerknes menunjukkan pola curah hujan / salju yang secara khas terkait dengan bagian depan dalam topan: hujan atau salju terjadi di area yang luas di sisi dingin dari tiang depan yang hangat di pusat bertekanan rendah. Di sini, angin berasal dari garis lintang yang lebih rendah, dan udara hangat, karena ringan, meluncur di atas wilayah besar udara dingin. Awan meluas dan menyebar ke depan topan; barometer jatuh saat badai mendekat, dan curah hujan dari udara hangat yang naik turun melalui udara dingin di bawah. Ketika udara dingin melaju ke bagian belakang badai, badai dan hujan lebat menandai pengangkatan tiba-tiba udara hangat yang dipindahkan. Dengan demikian, konsep front memusatkan perhatian pada aksi di batas massa udara. Model siklon Norwegia bisa disebut model frontal, karena gagasan massa udara hangat diangkat di atas udara dingin di sepanjang tepiannya (front) menjadi alat peramalan utama. Model ini tidak hanya menekankan ide tetapi juga menunjukkan bagaimana dan di mana menerapkannya.
Dalam karya selanjutnya, Bjerknes dan beberapa anggota lain dari apa yang disebut sekolah meteorologi Bergen memperluas model untuk menunjukkan bahwa topan tumbuh dari gangguan yang lemah di bagian depan, melewati siklus hidup yang teratur, dan akhirnya mati oleh arus yang mengisi mereka. Baik model siklon Norwegia dan konsep siklus hidup yang terkait masih digunakan hari ini oleh peramal cuaca.
Sementara Bjerknes dan rekan-rekannya di Bergen memperhalus model siklon, para ahli meteorologi Skandinavia lainnya memberikan banyak landasan teori untuk prediksi cuaca modern. Yang paling menonjol di antara mereka adalah Vilhelm Bjerknes, ayah Yakub, dan Carl-Gustaf Rossby. Gagasan mereka membantu memungkinkan untuk memahami dan dengan hati-hati menghitung perubahan dalam sirkulasi atmosfer dan gerakan gelombang udara atas yang mengendalikan perilaku siklon.
