Pažanga XX amžiaus pradžioje
Svarbus oro prognozės aspektas yra atmosferos slėgio modelio - aukščiausiųjų ir žemiausiųjų vietų bei jų pokyčių - apskaičiavimas. Šiuolaikiniai tyrimai parodė, kad jūros lygio slėgio modeliai reaguoja į viršutinio atmosferos vėjo judesius, kai jų siauri, greitai judantys reaktyviniai srautai ir bangos sklinda per orą ir praleidžia orą patys.
Dažni netikėtumai ir klaidos vertinant paviršiaus atmosferos slėgio modelius neabejotinai privertė XIX amžiaus prognozuotojus ieškoti informacijos apie viršutinę atmosferą, kad būtų galima paaiškinti. Britų meteorologas Glaisheris 1860-aisiais padarė daugybę pakilimų oro balionu, pasiekdamas precedento neturintį devynių kilometrų aukštį. Maždaug tuo metu žemyno tyrinėtojai pradėjo naudoti nepilotuojamus balionus, kad gabentų barografus, termografus ir higroskopus dideliame aukštyje. 1890 m. Pabaigoje tiek JAV, tiek Europos meteorologai naudojo aitvarus, turinčius instrumentus, kad galėtų nustatyti atmosferą iki maždaug trijų kilometrų aukščio. Nepaisant šių pastangų, žinios apie viršutinę atmosferą amžių sandūroje išliko labai ribotos. Padėtį pablogino sumaištis, kurią sukėlė kalnuose ar kalvos viršūnėse esančių oro stočių stebėjimai. Tokie stebėjimai dažnai neparodė to, ko tikėtasi, iš dalies todėl, kad tiek mažai buvo žinoma apie viršutinę atmosferą, o iš dalies dėl to, kad patys kalnai daro įtaką matavimams ir duoda rezultatus, neatspindinčius to, kas būtų laisvoje atmosferoje tame pačiame aukštyje.
Laimei, pakankamai didelis skaičius mokslininkų jau pateikė idėjų, kurios sudarytų galimybę orų prognozuotojams mąstyti trimatėje erdvėje, net jei trūktų pakankamų meteorologinių matavimų. Henrikas Mohnas, pirmasis iš ilgų kūrybingų norvegų meteorologų, garsus vokiečių klimatologas Wladimiras Köppenas ir įtakingas rusų kilmės meteorologas Maxas Margulesas, prisidėjo prie nuomonės, kad viršutinio oro mechanizmai sukuria audrų energiją..
1911 m. Britų meteorologas Williamas H. Dinesas paskelbė duomenis, kurie parodė, kaip viršutinė atmosfera kompensuoja tai, kad žemo lygio vėjai neša orą link žemo slėgio centrų. Dinesas pripažino, kad srautas šalia žemės yra daugiau ar mažiau subalansuotas cirkuliacija aukštyn ir žemyn. Iš tiesų, norint sustiprėti ciklonui, kuriam reiktų sumažinti centrinį slėgį, nutekėjimas turi viršyti įtekėjimą; paviršiniai vėjai gali gana stipriai suartėti link ciklono, tačiau pakankamas ištakų aukštumas gali sukelti kritimo slėgį centre.
Tų laikų meteorologai dabar žinojo, kad vertikalios cirkuliacijos ir viršutinio oro reiškiniai yra svarbūs, tačiau jie vis dar nenustatė, kaip tokios žinios galėtų pagerinti orų prognozavimą. Tada, 1919 m., Norvegų meteorologas Jokūbas Bjerknesas pristatė tai, kas buvo vadinama Norvegijos ciklono modeliu. Ši teorija sujungė daugelį ankstesnių idėjų ir susiejo vėjo ir orų modelius su žemo slėgio sistema, kurios frontuose buvo gana aštrios nuožulnios ribos tarp šalto ir šilto oro masių. Bjerknesas atkreipė dėmesį į kritulių / snigimo būdus, kurie būdingi ciklonų frontams: lietus ar sniegas būna dideliuose plotuose šaltoje pusėje, šiltai priekyje einant link žemo slėgio centro. Čia vėjai yra iš žemesnių platumų, o šiltas oras, būdamas lengvas, slenka virš didelio šalto oro regiono. Prieš cikloną pasklido plačiai pasvirę debesys; barometrai krinta artėjant audrai, o krituliai iš kylančio šilto oro patenka per šaltą orą žemiau. Šaltu oru pasitraukus audrai, skardžiai ir dušai rodo staigų šilto oro pakėlimą. Taigi, fronto koncepcija sutelkė dėmesį į veiksmus oro masės ribose. Norvegijos ciklono modelį būtų galima pavadinti frontaliniu modeliu, nes idėja, kad šilto oro masės būtų keliamos per šaltą orą išilgai jų kraštų (frontų), tapo pagrindine prognozavimo priemone. Modelis ne tik pabrėžė idėją, bet ir parodė, kaip ir kur ją pritaikyti.
Vėlesniame darbe Bjerknesas ir keli kiti vadinamosios Bergeno meteorologijos mokyklos nariai išplėtė modelį, kad parodytų, jog ciklonai išauga iš silpnų fronto trikdžių, praeina įprastą gyvenimo ciklą ir galiausiai žūsta juos užpildydami. Oro prognozuotojai vis dar naudoja Norvegijos ciklono modelį ir su juo susijusią gyvenimo ciklo koncepciją.
Kol Bjerknesas ir jo kolegos Bergenas tobulino ciklono modelį, kiti Skandinavijos meteorologai pateikė didelę teorinę dalį šiuolaikinių orų prognozėms. Tarp jų daugiausia buvo Jokūbo tėvas Vilhelmas Bjerknesas ir Carlas-Gustafas Rossby. Jų idėjos padėjo suprasti ir atidžiai apskaičiuoti atmosferos cirkuliacijos pokyčius ir viršutinių oro bangų, kontroliuojančių ciklonų elgseną, pokyčius.
