根据气温及气压等观测数据来预测未来气象的“数值预报”概念自提出至今已有100多年。随着模型（计算公式）的精确化和计算机的升级换代，如今已经可以预测几小时后的局部地区天气情况和数十年后的气候变化了。获得诺贝尔物理学奖的美国普林斯顿大学高级研究员真锅淑郎开发的模型为数值预报的发展作出了巨大贡献。
基于2021年7月25日上午9点的大气情况对8月5日上午9点的降雨量进行预测（图片由日本气象厅提供）
数值预报是1904年挪威气象学家皮耶克尼斯（Bjerknes）最先提出的。他认为，“只要对初期的大气状态以及引起大气变化的物理规律拥有足够正确的知识，就能进行合理的天气预报”，并发表了运用流体力学和热力学的方程式。
不过，计算复杂的方程式需要很长时间。英国的理查森（Richardson）曾于1920年前后尝试手工计算出德国慕尼黑附近的6小时气压变化预报，但花费1个月以上的时间得出的预测值并不符合实际情况。
计算机的出现打破了这一壁垒。1950年，美国的冯·诺依曼（Von Neumann）使用被称为世界首台实用性计算机的“埃尼阿克（ENIAC）”，成功对美洲大陆上空大气一天后的情况进行预报。
1954年瑞典开始作为气象相关部门的业务而进行数值预报，美国的开始时间为1955年，日本为1959年。
预测整个地球大气流动的技术也于1950～1960年代以美国为中心开始进行研究。带头的是美国环境科学厅（ESSA，现在的美国国家海洋和大气管理局）下属的地球物理流体力学研究所（GFDL）、加利福尼亚大学洛杉矶分校及美国国家大气研究中心。日本研究人员也有参与。
地球物理流体力学研究所于1956年对计算机进行积极投资，引进了IBM首款商用大型计算机“701”等。真锅淑郎在东京大学取得博士学位后成为该研究所研究人员，他在1960年代后半期建立了研究二氧化碳对全球变暖所产生影响的模型以及研究大气与海洋热交换的“大气-海洋耦合模型”。
随着计算机的性能迅速提高，气象预测使用的超级计算机的运算速度大约每5年增长至原来的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。
日本气象厅开始数值预报之初，以381公里见方的区域为单位，预测北半球的天气。现在使用计算能力是当时1.5万亿倍的超算，以20公里见方的区域为单位，预测整个地球11天后的天气。在日本周边，以2公里见方的区域为单位，预测10小时后的局部降雨等。还根据真锅的大气-海洋耦合模型，进行1个月以上的长期预报。
日本理化学研究所和富士通开发的超算“富岳”
日本九州大学及日本国立环境研究所等正在使用世界最快的超算“富岳”，研究大气中的微粒对气候变化的影响。数值预报涉及广泛的领域，已成为现代社会不可或缺的技术。
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