Edusammud 20. sajandi alguses
Ilmateadete oluliseks aspektiks on atmosfäärirõhumudeli - kõige kõrgemate ja madalamate punktide ning nende muutuste - arvutamine. Kaasaegsed uuringud on näidanud, et merepinna rõhumudelid reageerivad atmosfääri ülaosa tuulte liikumisele nende kitsaste, kiiresti liikuvate reaktiivvoolude ja lainetega, mis levivad õhu kaudu ja läbivad õhku ise.
Pinna atmosfäärirõhumudelite hindamisel esinevad sagedased üllatused ja vead panid 19. sajandi ennustajad kahtlemata otsima võimalike selgituste jaoks teavet atmosfääri ülaosa kohta. Briti meteoroloog Glaisher tegi 1860-ndatel aastatel õhupalli abil tõusu seeria, saavutades enneolematu kõrguse üheksa kilomeetrit. Umbes sel ajal hakkasid mandri uurijad mehitamata õhupalle kasutama barograafide, termograafide ja hügrograafide registreerimiseks kõrgel kõrgusel. 1890. aastate lõpus kasutasid nii USA kui ka Euroopa meteoroloogid atmosfääri sondeerimiseks umbes kolme kilomeetri kõrgusele nii instrumentidega varustatud tuulelohesid. Vaatamata nendele jõupingutustele olid teadmised ülemise atmosfääri kohta sajandivahetusel väga piiratud. Olukorda raskendas segadus, mille tekitasid mägedes või mäenõlvadel asuvate ilmajaamade vaatlused. Sellised vaatlused ei näidanud sageli seda, mida oodati, osaliselt seetõttu, et ülemisest atmosfäärist oli nii vähe teada ja osaliselt seetõttu, et mäed ise mõjutasid mõõtmisi, andes tulemusi, mis ei kajasta sama kõrguse vabas atmosfääris leiduvat.
Õnneks oli piisavalt suur arv teadlasi juba välja pakkunud ideed, mis võimaldaksid ilmaennustajatel mõelda kolmemõõtmeliselt, isegi kui piisavad meteoroloogilised mõõtmised puuduvad. Henrik Mohn, esimene paljudest loomingulistest Norra meteoroloogide reas, tuntud Saksamaa klimatoloog Wladimir Köppen ja mõjuvõimas Venemaal sündinud meteoroloog Max Margules, andsid kõik oma panuse seisukohale, et ülemise õhu mehhanismid tekitavad tormide energiat.
1911. aastal avaldas Briti meteoroloog William H. Dines andmed, mis näitasid, kuidas atmosfääri ülaosa kompenseerib tõsiasja, et madala tuulega tuuled viivad õhku madalrõhukeskuste poole. Dines tunnistas, et maapinna lähedal toimuv sissevool on enam-vähem tasakaalus kõrgemal ja väljapoole suunatud ringlusega. Tsükloni intensiivistumiseks, mis nõuaks keskrõhu alandamist, peab tõepoolest väljavool ületama sissevoolu; pinnatuuled võivad tsükloni suunas üsna tugevasti läheneda, kuid piisav väljavool võib põhjustada keskpunkti langeva rõhu.
Tolleaegsed meteoroloogid olid nüüd teadlikud, et vertikaalsed ringlused ja ülemise õhu nähtused olid olulised, kuid nad polnud ikka veel otsustanud, kuidas sellised teadmised võiksid ilmateadet paremaks muuta. Seejärel tutvustas Norra meteoroloog Jacob Bjerknes 1919. aastal seda, mida on nimetatud Norra tsükloni mudeliks. See teooria tõmbas kokku palju varasemaid ideid ja seostas tuule ja ilmastiku mudeleid madalrõhusüsteemiga, millel oli rinne - mis on küllaltki teravad kaldega piirid külma ja sooja õhumassi vahel. Bjerknes tõi välja sademete / lumesadude mustrid, mida iseloomustab tsüklonite rinne: vihma või lund esineb suurtel aladel külma poole madala madalrõhkkonna keskuse poole liikuva sooja esiserva poole. Siin on tuuled madalamatelt laiuskraadidelt ja kerge õhk libiseb sooja õhu kohal suure külma piirkonna kohale. Tsükloni ees levivad laialt levinud kaldus pilved; baromeetrid langevad tormi lähenedes ja tõusva sooja õhu sademed langevad läbi külma õhu alla. Kui külm õhk liigub tormi taha, tähistavad lörtsised ja hoovihmad sooja õhu järsku tõusu. Seega keskendus frontide kontseptsioon tähelepanu toimingule õhumassi piiridel. Norra tsüklonimudelit võiks nimetada frontaalmudeliks, sest idee, et soojad õhumassid tõstetakse külma õhu kohal mööda nende servi (rindejooni), sai peamiseks prognoosimisvahendiks. Mudel mitte ainult ei rõhutanud ideed, vaid näitas ka, kuidas ja kus seda rakendada.
Hilisemas töös laiendasid Bjerknes ja mitmed teised Bergeni meteoroloogiakoolkonna liikmed mudelit, et näidata, et tsüklonid kasvavad nõrkadest häiretest rindel, läbivad regulaarset elutsüklit ja surevad lõpuks sissevoolu abil, täites neid. Nii Norra tsüklonimudelit kui ka sellega seotud olelustsükli kontseptsiooni kasutavad ilmaennustajad tänapäevalgi.
Kui Bjerknes ja tema Bergeni kolleegid tsüklonimudelit täpsustasid, andsid teised Skandinaavia meteoroloogid suure osa teoreetilisest alusest tänapäevaseks ilmaennustamiseks. Nende hulgas olid Jaakobi isa Vilhelm Bjerknes ja Carl-Gustaf Rossby. Nende ideed aitasid mõista ja tsüklonite käitumist reguleerivate ülemise õhu lainete liikumise muutusi ja hoolikalt välja arvutada atmosfääri tsirkulatsiooni muutusi ja liikumist.
