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気温、湿度、風等の気象要素の時間変化と天気現象を状態方程式で表す事で数値予報モデルを作成し、全世界的な観測データを入力して、数時間から数百年後の大気状態を予測する。

※ 数値予報モデルとは? 地球を水平及び垂直方向の格子状となる多数の小さな四角形に分け、状態方程式で数学的に計算する事が可能となるよう作られたコンピュータプログラムである。計算量が膨大なためにスーパーコンピュータの使用が必須であり、数値予報モデルが精巧である程、より速度のあるスーパーコンピュータが必要となる。

大気、更に自然は絶えず不規則に変化しているが、大気現象の不確実性を説明するのが「バタフライ効果」であり、これは極めて小さな初期の差が、時間の経過につれて、その結果を予測する事が出来ない程の大きな差となる事を意味する。数値予報も同様に、初めの段階から不確実性が根本的に内在しているため、その予測結果が100%正確である事は出来ず、このような不完全性を補完するため、気象学的理論と経験上の知識を備えた予報官が数値予報結果を分析、修正して最終決定された予報が伝達されている。

数値予報は様々な観測データを数値モデルに入力する前処理過程と、状態方程式を用いてこれからの天気を計算する数値モデル過程、数値モデルで予測した結果を利用し、天気図作成及び町内予報のための資料として提供する後処理過程から成る。