数值天气预报(Numerical Weather Prediction)的主要内容就是研究大气运动的基本物理规律的数学表达式--流体动力学和热力学方程组，以及求解这个方程组的数值计算方法。从数学上看，上述求解过程要解决一个初值问题，要通过求解方程组获得未来大气运动状态的准确数据，就需要有一定密度的地面、高空气象观测网来提供大气实时的气象要素数据作为方程组的初始输入值，而求解大气方程组的计算量巨大，必须依赖于高性能计算机。
数值预报开始于上个世纪20年代，以1922年英国数学家Richardson的《Weather Prediction by Numerical Process》一书为标志。人们把Richardson的工作认为是现代数值预报的开始，也称为数值预报发展的第一个里程碑。1950年，Charney等人计算出了历史上第一张数值预报天气图，如图1。这一结果的公布被人认是数值预报发展的第二个里程碑。而此时所用的计算工具是一台可编程序式的电子数字积分计算机，ENIAC。在许多书籍中都把这台机器称为"现代计算机之父"。
借助于计算机的出现，从Charney成功工作开始，数值预报步入了繁荣发展的时期。虽热第一次的数值预报成功的计算出现在美国，但第一次的数值预报业务是1954年9月，在瑞典首先进行的。而六个月之后，美国也开始进行实时的数值预报业务。现在数值预报在天气预报中发挥着越来越重要的作用。
图1世界上第一张成功的数值天气预报图：500mb高度场和涡度场(引自《气象简编》)
图2说明了一个数值预报产品制作的过程。
数值预报的发展依赖于高新科学技术的发展，探空技术及先进的探测技术的发展为预报提供了必要食粮；通讯技术的发展为业务预报资料的收集提供的必要的手段；动力气象和天气学的发展为各种模式的发展提供了理论；计算机和计算技术的发展是NWP实现的必备工具。
数值预报水平的高低已经成为一个国家气象现代化水平的重要标志。目前世界上主要的发达的数值预报中心有：英国、法国、德国、日本、澳大利亚等几乎所有的发达国家的天气预报都在很大程度上越来越依靠数值预报的结果。
1982年2月16日，我国第一个数值预报业务系统--短期数值天气预报业务系统(简称B模式)在中型计算机上建立并正式投入业务应用，结束了我国只收用国外数值预报产品的历史。1991年6月15日，我国第一个中期数值预报业务系统(简称T42)在CYBER大型计算机上建立并正式投入业务运行。这一系统的建成使我国步入了世界少数几个开展中期数值天气预报的先进国家行列。近十多年数值预报又有了大踏步进展，2002年9月1日建立了全球T213L31全球中期分析预报系统(简称T213)，预报水平有了质的飞跃。中国气象局现阶段由T213L31、Grapes_Meso、全球台风路径数值预报、T106L19中期集合预报和NMC中尺度数值预报系统构成NWP基本业务体系结构。
北京市气象局日常预报业务中除参照中国气象局、欧洲中心、日本传真图等数值预报指导产品外，与美国大气研究中心合作，引进了中尺度模式MM5，并进行了本地化改进，从2000年起投入业务运行，目前可预报华北及京津地区气象要素短时间的连续变化(48小时，空间分辨率27/9/3 km区域)，如气温、风、相对湿度、降水量等间隔3小时的预报。
图3 中尺度模式预报北京地区16个站温、湿、风、海平面气压填图
图4 中尺度模式预报量五维显示(3km区域)(位置示意图)
