La construction d'un modèle numérique d'atmosphère comprend 2 étapes distinctes :
- la 1ère consiste à établir un système d'équations non linéaires
- alors que la seconde dite de numérisation consiste à remplacer les équations portant sur des variables continues par des équations
portant sur des variables discrètes et dont les solutions sont obtenues au moyen d'un algorithme approprié

La mise en oeuvre de l'algorithme implique de disposer d'un outil de calcul très puissant,
ce qui explique les progrès de la prévison numérique lors de l'explosion du développement des ordinateurs

Enfin la prévision météorologique réalisée par les prévisionnistes avec l'aide des modèles numériques doit également ses succès à la mise en oeuvre et au fonctionnement
du Système mondial d'observation météorologique qui repose à la fois sur des mesures conventionnelles et sur des mesures satellitaires et
qui permet d'obtenir, de façon perfectible certes mais néanmoins efficace, une description de l'atmosphère à un instant initial donné

Cependant l'une des sources d'erreur qui limitent la prévisibilité est l'inexactitude des données d'observation qui définissent ce qu'on appelle l'état initial de l'atmosphère
sur lequel on se fonde pour procéder au départ aux calculs.
Afin de pallier à ces inexactitudes on réalise plusieurs états initiaux, obtenus chacun en imposant aux données observées de petites variations, plus petites que les erreurs normales de mesure ou d'interpolation.
Puis à partir de chacun des états initiaux on lance le calcul des états futurs de l'atmosphère : pour une échéance donnée on obtient donc autant d'états futurs que l'on a réalisé de variantes de l'état initial.
On en déduit dans un premier temps une moyenne de ces prévisions puis on lui compare les cartes issus de ces calculs pour une même date et une même heure en utilisant une méthode de regroupement par classes : toutes les prévisions proches de la moyenne forment un amas central des prévisions qui servira de base à la prévision annoncée tandis que les prévisons qui s'écartent de cette moyenne sont regroupées en classes appelées des tubes

Depuis 1988 on essaie de prendre en compte non seulement les erreurs issues des conditions initiales mais aussi celles dues à la transcription des phénomènes physiques régissant le comportement de l'atmosphère.
Un autre axe de recherche en matière de prévision d'ensemble est l'approche multimodèle qui consiste à combiner les solutions proposées par différents modèles pour une même échéance

Ainsi pour alimenter ces modèles en données, des observations sont effectuées régulièrement,en général 8 par jour, pour surveiller l'atmosphère et détecter les phénomènes dangeureux dans plus de 10 000 stations météorologiques autour du globe à la même heure UTC -Temps universel coordonné-

Les observations terrestres sont complétées par des observations en mer (bateaux, bouées dérivantes)
Cependant les phénomènes météorologiques se manifestent dans toute la troposphère (couche la plus basse de l'atmosphère qui s'étend jusqu'à 15 km d'altitude) et non seulement au voisinage du sol c'est pourquoi on envoie des ballons équipés de sondes -ce sont les radiosondages-
Les météorologues disposent de plus des radars qui ont pour rôle de détecter les précipitations (et qui permettent donc de détecter le centre d'un cyclone) avec une portée maximum de 400km, d'avions de reconnaissance (aux USA) et de satellites qui permettent de localiser les masses nuageuses des perturbations tropicales

Ainsi toute prévision météorologique commence par l'analyse de la situation
L'analyse d'une perturbation tropicale consite à faire la synthèse de toutes les observations disponibles afin de déterminer la position de la perturbation et d'estimer son intensité
Le suivi d'une perturbation permet ensuite de déterminer son mouvement présent c'est à dire son cap (direction) et sa vitesse de déplacement
Ces 2 éléments seront essentiels pour prévoir son évolution à court terme

Enfin la prévision proprement dite consiste à prévoir la trajectoire de la perturbation et son intensité

La prévision de trajectoire utilise diverses techniques qui prennent en compte l'environnement de la perturbation, son mouvement présent, mais aussi des donnés statistiques sur leurs trajectoires habituelles dans la région concernée
Par ailleurs le prévisionniste dispose de modèles de prévision numérique qui a pour objectif de prévoir l'évolution des paramètres atmosphériques en se basant sur les équations physiques de l'atmosphère
Cette dernière y est représentée de manière simplifiée sous forme de points de grille à différents niveaux d'altitude. Le modèle est initialisé à partir des observations météo à un temps donné. La résolution des équations se fait par mesure de temps de quelques minutes. Les résultats sont visualisés sous formes de cartes de vent, de température ou d'humidité à différents niveaux
Déterminer la trajectoire demeure l'aspect le plus délicat de la prévision avec des marges d'erreurs de 100km à 12h, 200 km à 24h et de 350 km à 48h

La prévision de l'intensité repose sur la méthode de Dvorak qui permet d'estimer au mieux l'intensité présente d'une perturbation et donne des éléments pour prévoir son évolution. L'étude de l'environnement météo au moyen des modèles numériques permet de déceler une tendance à l'affaiblissement ou l'intensification des sytèmes

Le modèle statistique :

Il repose sur la répétitivité dans l'espace et le temps des trajectoires des cyclones : ainsi le programme recherche dans sa base de données les autres cyclones ayant eu la même position au même moment de l'année, donc ceux ayant les caractéristiques les plus proches du cyclone étudié
Ce programme ne tient pas compte des facteurs climatiques actuels qui peuvent être différents

Il utilise les résultats de données atmosphériques globales pour prévoir la trajectoire du cyclone. Le principe est d'étudier le cyclone dans sa seule réalité météorologique du moment. Ainsi le modèle prend en compte différents paramètres : vents, températures, humidité, pression atmosphérique de l'atmosphère dans lequel le cyclone évolue
Ces modèles dynamiques utilisent les lois de la physique qu'ils appliquent à l'atmosphère pour prévoir la trajectoire future du cyclone
Ces modèles prennent en compte 6 équations basiques :

L'une de ses formes de modèle est le modèle barotropique qui utilise seulement les vents horizontaux : or souvent dans un système de dépression l'air chaud ou froid se déplace (en montant ou en descendant) à travers les lignes d'égales pression atmosphérique (isobars) alors ce modèle devient inutilisable. C'est pourquoi quand les lignes d'égale T° et d'égale pression se croisent les unes les autres on alors un atmosphère de type barocline
Ce modèle barocline utilise une grille tri-dimensionnelle de l'atmosphère divisé en une multitude de points couvrant la surface de la Terre. Des observations sont alors réalisées quant aux vents, à la pression de l'air, à l'humidité et à la T°, données qui sont ensuite rentrées dans l'ordinateur et le modèle crée alors une prévision de trajectoire. Plus il y aura de points plus la prévison sera fine

Comme modèles numériques de prévision du temps nous avons ainsi :

AVN ou Aviation Model est fournit par le NCEP -National Centers for Environnemental Prediction MRF (Medium Range Forecast) modèle. Le MRF est un modèle global d'atmosphère de 28 niveaux ce qui signifie qu'il utilise des données de 28 niveaux de l'atmosphère sur le globe entier. Une prévision de trajectoire jusqu'à 72h est fournit par ce modèle AVN/MRF

Le GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory ) est une modèle barocline à zone limitée. Il a été developpé pour la prédiction des cyclones. Les données initiales proviennent de l'Aviation tiré du modèle MRF

Le GHM -le GFDL Multiply Nested Moveable Mesh Hurricane Model est un modèle barocline de prévision de trajectoire. Le modèle donne aussi des prévisions expérimentales d'intensité. Le GHM a été développé par le NOAA's Geophysical Fluid Dynamics Laboratory à l'université de Princeton