20世纪初的进步
天气预报的一个重要方面是计算大气压力模式-高低位置及其变化。现代研究表明，海平面压力模式以狭窄，快速移动的喷射流和波在空中传播并使空气通过自身，从而响应了上层大风的运动。
毫无疑问，在估算地表大气压模式时经常会出现意外和错误，这导致19世纪的预报员寻求有关高层大气的信息，以进行可能的解释。1860年代，英国气象学家格莱舍（Glaisher）乘气球升空了一系列，达到了前所未有的9公里的高度。大约在这个时候，欧洲大陆的研究人员开始使用无人气球将记录的气压计，温度记录仪和湿度计携带到高空。在1890年代后期，美国和欧洲的气象学家都使用装有仪器的风筝来探测高达3公里的大气层。尽管进行了这些努力，但是在本世纪初，关于高层大气的知识仍然非常有限。位于山脉或山顶的气象站的观测结果造成的混乱使情况更加恶化。这样的观测结果常常没有显示出预期的结果，部分是因为对高层大气了解甚少，部分是因为山脉本身影响了测量结果，所产生的结果并不代表在相同高度的自由大气中会发现什么。
幸运的是，即使缺少足够的气象测量方法，也有足够多的科学家提出了使天气预报员能够进行三维思考的想法。挪威高度创新的气象学家中的第一批人Henrik Mohn，著名的德国气候学家WladimirKöppen和有影响力的俄罗斯出生的气象学家Max Margules都提出了这样的观点，即高空机制产生风暴的能量。
1911年，英国气象学家威廉·H·狄恩斯（William H. Dines）发表了数据，显示了高层大气如何补偿低水平风将空气带向低压中心这一事实。狄恩斯认识到地面附近的流入或多或少通过向上和向外的循环而平衡。确实，要使旋流器加剧，这将需要降低中心压力，则流出必须超过流入。地表风可以非常强烈地向旋风收敛，但是高处的足够的出水会在中心产生降压。
当时的气象学家现在意识到垂直循环和高空现象很重要，但他们仍未确定这些知识如何改善天气预报。然后，在1919年，挪威气象学家Jacob Bjerknes提出了所谓的挪威气旋模型。该理论汇集了许多较早的想法，并将风和天气的模式与表现出锋面的低压系统相关联，锋面是冷空气和热空气之间相当尖锐的倾斜边界。Bjerknes指出了与气旋锋面特征相关的降雨/降雪模式：降雨或降雪发生在低压中心前进的暖锋极向的冷侧大面积区域。在这里，风来自较低的纬度，温暖的空气轻盈，在大范围的冷空气上滑行。广泛的倾斜云层在旋风之前蔓延。晴雨表随着风暴的临近而下降，上升的暖空气中的降水通过下方的冷空气而下降。在冷空气进入暴风雨后部的地方，狂风和阵雨标志着被置换的暖空气突然升起。因此，战线的概念将注意力集中在空气质量边界处的作用上。挪威气旋模型可以称为额叶模型，因为将暖空气团沿其边缘（前沿）升到冷空气上的想法成为主要的预测工具。该模型不仅强调了这个想法，而且还展示了如何以及在何处应用它。
在后来的工作中，Bjerknes和所谓的卑尔根气象学院的其他几位成员对该模型进行了扩展，以显示旋风从前端的微弱干扰中生长出来，经过规则的生命周期，并最终因填充它们的流入而死亡。如今，天气预报员仍使用挪威气旋模型和相关的生命周期概念。
在Bjerknes和他的Bergen同事完善旋风模型的同时，其他斯堪的纳维亚的气象学家为现代天气预报提供了许多理论基础。其中最重要的是雅各布的父亲菲尔海姆·比耶克尼斯和卡尔·古斯塔夫·罗斯比。他们的想法使人们有可能了解和仔细计算大气环流的变化以及控制旋风分离器的行为的高空波的运动。
