1955年,天气预报的建立

1958年，数值预报还与手工预测并驾齐驱；而到了1960年，数值预报已经领先。从24小时预测开始，在扩展预测范围方面每10年提升约24小时。冯·诺依曼和查尼思考的是：接下来要做什么？“冯·诺依曼似乎觉得短期预报的问题完全在掌握之中，”汤普森回忆说，“哦，我觉得，他对我们已经走了多远以及还有多远的路要走的看法有点天真，不过他在向前看。”冯·诺依曼把问题划分为三种情况：第一种为短期，天气情况更多地取决于初始条件，而非后续的能量输入与耗散。通过充分的观测，以及足够的计算，就可以做出短期预测（时间跨度大约为几天到一周）。第二种为中期，时间超过一周，初始条件所产生的影响和能量输入与耗散所产生的影响逐步分化，预测大气的行为变得非常困难，甚至完全不可能。第三种为长期，“大气很快就忘记了它初始的样子，”汤普森说道，“其行为几乎完全由每天的能量输入与耗散的综合影响来主宰。”对这些输入与耗散有了足够的认识后，预测气候（而不是天气）在计算方面就不难处理了。现在，冯·诺依曼和查尼有了诺曼·菲利普斯和约瑟夫·司马格林斯基加盟，接下来他们决定着手解决这个问题。

1954年9月，诺曼·菲利普斯开始运行最初的大气环流模型（目前使用的所有气候模型的鼻祖）。这个模型模拟大气环流平稳运行了40天。司马格林斯基这样描述道：“尽管能源的源与汇设计简单，然而结果表明，它们重现大气环流显著特征的能力非常抢眼。”虽然运行超过40天后，结果呈现出不规则和非线性的特征，但菲利普斯和查尼认为这是由于数值的不稳定性，而不是底层模型的问题，而且借助更好的编码和更加强大的计算机，有可能实现真正的气候预测。“编码几乎把机器的资源完全耗尽了，”他们的报告称，“在3072字的组合型威廉姆斯磁鼓存储器中，只剩下十几个字的空闲容量。”1954年2月和3月，这个模型运行至31天，而且“结果非常逼真，令人惊奇”，甚至还产生了“与经典的挪威波动性气旋冷、暖锋面相似的特征”。

“我们的目的是要建立气候的纯物理理论，也就是做无限预测，”查尼后来向斯坦·乌拉姆解释说，“约翰尼预见这将是一个比长期预测更简单的问题，因为运动的统计特性很可能比单个运动更正确。”现在，我们知道这并不像当初看上去的那么简单。“当然，在他的内心深处，他始终想着大规模人工影响天气，”查尼补充说，“许多个星期日的下午，我们共同创建有关气候的理论，相处得很愉快。显然，只有当我们能够从纯物理的角度理解我们自己的气候时，我们才能解释过去的气候或者为人工影响天气奠定基础。”

为了启动新项目，1955年10月26日至28日，冯·诺依曼和查尼在高等研究院举行了一次关于气候动力学的会议。奥本海默致开幕词，他将本次会议与新墨西哥州洛斯阿拉莫斯举行的会议做了比较，前者处理的是地球大气环流的问题，后者旨在为原子弹工作做准备，并指出本次会议与会者所面临的问题（即处理大气运动的复杂动力学）要难得多。

冯·诺依曼不仅是简化假设的高手，看待障碍的态度也很实际。他表示：“即使我们对此有充分的了解，但在预测方程式中包含湍流和辐射也是相当复杂的。”几乎所有考虑到的现象都是不稳定的，微小的差异可能会被放大成很大的影响。“例如，地球上所有的水只有约1/100000会以水蒸气的形式存在于大气中；但水蒸气的存在使地球平均温度产生40℃的温度差，”他评论道，“这超过了最大冰期所造成的温度差或地球所有冰川消失所产生的温度差的两倍。”

虽然29位与会者对建立气候模型抱有希望，但是大家普遍认为这个问题非常复杂。“大家探讨了这样的理论：

由于工业革命开始，大气中二氧化碳的含量在升高，这导致大气从那时起开始变暖，”会议记录显示，“冯·诺依曼质疑这一理论的有效性，他指出人们有理由相信，大部分工业产生的二氧化碳进入到大气前，一定已经被海洋吸收了。”后来，这场辩论一直持续下去。

美国气象局的西格蒙德·弗里茨（Sigmund Fritz）补充说：“对植物生命造成的影响也必须考虑进去。”来自伍兹霍尔海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution）的威廉·冯·阿克斯（William von Arx）强调，“平衡取决于海水的缓冲容量”。他还指出，“大量二氧化碳被固定在浮游生物的循环中”。查尼询问了韦克斯勒（Wexler）结果的统计学意义，即太阳黑子极大年的1月比太阳黑子极小年的1月阻塞活动明显更多。冯·诺依曼认为“一定存在最低限度的自生自存的冰原”，并且“提醒他们注意这样的事实：许多世纪以来，导致冰川时期和冰川消退的过程一定是相对恒定的”。他询问“是否有证据表明，在这么长的时间内，强火山活动一直在持续”。

“没必要求助于气候变化的解释，”冯·诺依曼和查尼说，“因为它需要外部机制，比如太阳活动和火山活动。”哥伦比亚大学的理查德·普费弗（Richard Pfef-fer）