Основой численных методов прогноза погоды являются гидродинамические модели атмосферы.

При разработке прогностических моделей атмосферы для целей краткосрочного (1–3 сут) и среднесрочного (3–10 сут) прогнозов погоды выделяют три основных типа атмосферных процессов: крупномасштабные, среднемасштабные и мелкомасштабные процессы.

Крупно-, или макромасштабные процессы характеризуются горизонтальными масштабами порядка тысяч (1–10 тыс.) километров. Они развиваются за период времени в несколько (1–10) суток. Такими процессами являются, например, циклогенез, струйные течения и др.

Средне-, или мезомасштабные процессы развиваются на площади с линейными размерами в десятки и сотни километров, за период до суток. К ним относятся атмосферные фронты, развитие кучевой облачности, орографические возмущения, процессы на границе суши и воды и другие.

Мелко-, или микромасштабные процессы имеют горизонтальные масштабы от сантиметров до метров, временные масштабы – секунды и минуты. Таким процессом является атмосферная турбулентность, явления в приземном слое.

Атмосферные движения имеют волновой характер, который необходимо учитывать при разработке и реализации прогностических моделей. Наиболее важными для прогностических моделей являются крупномасштабные, гравитационные и акустические волны.

Крупномасштабные волны (инерционные волны, или волны Россби) ‑ синоптически значимые волны. Длина их – тысячи километров, период ‑ несколько суток. Амплитуда колебаний в поле давления составляет десятки гектопаскалей, в поле ветра ‑ десятки м/с. Очевидно, что эти волны являются частью крупномасштабных процессов и обязательно должны учитываться при разработке прогностических моделей.

Гравитационные волны образуются при нарушении гидростатического равновесия и относятся, в основном, к мезомасштабным процессам. Однако, некоторые из них характерны и для мелкомасштабных процессов. Амплитуды таких волн в поле ветра составляют несколько м/с. Гравитационные волны играют важную роль в процессах, вызывающих ускорение воздуха, при возникновении циклонов. Учет их в прогностических моделях также необходим.

Акустические волны относятся, в основном, к микромасштабному диапазону и на формирование погоды влияния не оказывают, но могут существенным образом сказаться на результатах численного интегрирования уравнений модели.

Формирование погоды происходит под влиянием всех типов атмосферных процессов, кроме акустических колебаний, но «вклад» каждого процесса в различных условиях будет неодинаков. Так, формирование «однородной» погоды на больших пространствах («фона» погоды) происходит, главным образом, под влиянием крупномасштабных процессов и крупномасштабных волн. Микропроцессы при этом вносят свой определенный, но менее значимый вклад.

Погода в конкретной местности и в определенное время суток будет определяться в большей мере процессами мезомасштаба, развивающимися на фоне крупномасштабного процесса. Характерным примером является образование кучево-дождевых облаков и ливней в западной части циклонов.

Таким образом, необходимо выявить определенные приоритеты для включения тех или иных процессов в прогностическую модель: крупномасштабных, мезомасштабных и микромасштабных процессов. Поэтому на начальном этапе создания прогностических моделей должны быть сформулированы уравнения гидротермодинамики, дающие математическое описание крупномасштабных атмосферных процессов.