1920年前后，挪威的皮耶克尼斯父子提出了一套名为「极锋学说」的理论，来说明中纬度地区的天气变化情况。这套理论在1920年代发表之后，至今已有百多年，但仍然是今日作天气预报的主要理论依据，亦为分析和预报未来1-2天的天气奠定了理论基础。1930年代，无线电探空仪的广泛使用，真正开始了三维空间的大气科学研究。根据大量探空资料绘制的高空天气图，发现了大气长波。1939年卡尔-古斯塔夫·罗斯贝提出了长波动力学，他的理论亦对天气预报有莫大的贡献。到了1950年代至60年代，电脑、天气雷达，卫星和遥感的技术的应用，使