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Comment fonctionnent les modèles météorologiques
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Tous les modèles atmosphériques numériques sont construits autour de calculs dérivés des équations primitives qui décrivent le flux atmosphérique. Vilhelm Bjerknes a découvert les relations et est ainsi devenu le père de la prévision météorologique numérique. Conceptuellement, les équations peuvent être considérées comme décrivant comment un paquet d'air se déplacerait par rapport à son environnement. Par exemple, nous apprenons dès notre plus jeune âge que l'air chaud monte. L'équation de la quantité de mouvement verticale hydrostatique explique pourquoi et quantifie dans quelles conditions l'air chaud cesserait de monter. (Lorsque l'air monte, il se dilate et se refroidit jusqu'à atteindre l'équilibre hydrostatique.) Les autres équations considèrent d'autres types de mouvement et de transfert de chaleur.

Malheureusement, les équations sont non linéaires, ce qui signifie que vous ne pouvez pas simplement entrer quelques chiffres et obtenir des résultats utiles. Au lieu de cela, les modèles météorologiques sont des simulations qui divisent l'atmosphère en grilles tridimensionnelles et calculent comment la matière et l'énergie se déplaceront d'un cube d'espace à un autre pendant des incréments de temps discrets. Le flux atmosphérique réel est continu, pas discret, donc par nécessité, les modèles sont des approximations. Différents modèles font différentes approximations appropriées à leur objectif spécifique.

Les modèles numériques se sont améliorés au fil du temps pour plusieurs raisons :

* Plus de données d'entrée et de meilleures données,
* Des grilles plus serrées, et
* De meilleures approximations.

L'augmentation de la puissance de calcul a permis aux modèles d'utiliser des boîtes de grille plus petites. Cependant, le nombre de calculs augmente de manière exponentielle avec le nombre de boîtes et le processus connaît des rendements décroissants. Du côté de l'entrée, plus de capteurs et de meilleurs capteurs améliorent la précision des conditions initiales du modèle. Les modèles à l'échelle synoptique et mésoscale utilisent les données des modèles de circulation générale, ce qui permet de définir des conditions initiales raisonnables. Du côté de la sortie, les statistiques de sortie du modèle font un travail remarquable en estimant la météo locale en comparant l'état actuel du modèle avec des données historiques de moments où le modèle a montré des résultats similaires. Enfin, les modèles d'ensemble utilisent la sortie de plusieurs modèles en tant qu'entrée et produisent une gamme de résultats possibles.