Các thiên tai khác nhau có những đặc trưng về quy mô không gian và quy mô thời gian khác nhau được tổng hợp trong hình 1. Những xoáy bụi nhỏ hay mưa đã có thể xảy ra trong vài phút và ở một khu vực nhỏ khoảng vài chục đến vài trăm mét. Những trận dông hay lũ quét có thể xảy ra ở quy mô lớn hơn nhưng cũng chỉ kéo dài vài giờ. Đối với áp thấp nhiệt đới, mưa lớn, lũ hay nắng nóng có thể xảy ra trên diện rộng từ vài chục đến vài trăm km và kéo dài trong vài giờ cho tới vài ngày; những cơn bão mạnh có thể duy trì lâu hơn kể từ khi hình thành đến khi tan rã. Trong dự báo, người ta căn cứ vào quy mô thời gian tồn tại của các hiện tượng để biết được hiện tượng đó có thể dự báo trước được bao lâu; đối với những hiện tượng xảy ra dưới một giờ như dông, lốc, mưa đá, lũ quét, sạt lở đất thì chỉ có thể cảnh báo trước một thời gian rất ngắn, tính bằng phút. Ngoài ra, quy mô không gian quyết định xem một hiện tượng có thể dự báo được hay không, nếu hiện tượng có quy mô dưới 10 km thì rất khó cảnh báo bởi các phương tiện đo đạc hiện tại không cho phép phát hiện ra những hiện tượng nhỏ như thế.
Với một cơn bão hoặc áp thấp nhiệt đới, việc xác định vị trí và cường độ của chúng khi còn ở trên biển hoàn toàn phải dựa trên các phương pháp đo đạc gián tiếp thông qua vệ tinh khí tượng, ước lượng cường độ thông qua hình dạng mây bởi không có bất cứ trạm đo nào ở ngoài khơi xa, nơi các cơn bão thường xuất hiện và hoạt động trước khi di chuyển về phía tây, tiếp cận với vùng ven biển và đất liền nước ta. Do các phương pháp đo đạc, ước lượng cường độ bão, áp thấp hiện tại khi còn ở ngoài biển chỉ là gián tiếp nên sai số trong ước lượng cường độ là khoảng 1 cấp và sai số xác định vị trí là khoảng 100 km. Ví dụ cường độ ước lượng của một cơn bão là cấp 10 thì cường độ thực tế có thể từ cấp 9 đến cấp 11.Việc dự báo quỹ đạo và cường độ bão còn khó khăn hơn nhiều so với ước lượng trạng thái hiện tại của bão. Năm 2000 trở về trước, các dự báo bão và áp thấp nhiệt đới của Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương chủ yếu dựa trên phương pháp phân tích sy-nôp, dựa trên sự thay đổi của hoàn lưu quy mô lớn để dự báo sự thay đổi về hướng và cường độ của bão, áp thấp nhiệt đới. Từ năm 2000, việc ứng dụng các mô hình dự báo thời tiết số trên các máy tính hiệu năng cao được triển khai rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Tháng 5/2002, lần đầu tiên Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương chạy nghiệp vụ mô hình dự báo thời tiết số đầu tiên cho khu vực Việt Nam, chuyển giao từ cơ quan khí tượng Đức, với độ phân giải ngang là 28 km, 31 mực thẳng đứng. Tuy nhiên, mô hình dự báo thời tiết số được ứng dụng và sử dụng ở Việt Nam nhưng có độ phân giải khá thô (bước lưới khoảng 100 – 200 km) và chủ yếu phục vụ dự báo 24 – 48 giờ và chưa có mô hình cho hạn dài hơn, từ 3 – 10 ngày. Công tác dự báo bão đầu những năm 2000 tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương đã bắt đầu sử dụng các sản phẩm đầu ra của mô hình số. Ngoài ra, với các cơn bão trên biển Đông, Trung tâm cũng thường xuyên nhận được các dự báo của các Trung tâm nghiệp vụ dự báo bão khác trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương như Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc, Hàn Quốc, Hồng Kông. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều bất cập trong các loại số liệu quan trắc cũng như sản phẩm hỗ trợ dự báo. Đầu tiên, số liệu quan trắc bão còn khá hạn chế với số liệu duy nhất là vệ tinh MTSAT của Nhật và vệ tinh Phong Vân (FY) của Trung Quốc có độ phân giải 10 km và tần suất nhận 30 phút đến 1 giờ 1 ảnh. Thứ hai, dù các sản phẩm mô hình số ngày càng đa dạng và chính xác hơn nhưng do bản chất của các mô hình số là mô tả lại các quá trình vật lý trong khí quyển sử dụng một hệ phương trình phức tạp, trong đó có phương trình dự báo chuyển động của chất lỏng (phương trình Navier-Stock) mà bài toán này cho đến nay vẫn là một trong sáu bài toán thiên niên kỷ chưa có lời giải. Trên thực tế, các nhà toán học phải đưa vào một số giả thiết để đơn giản hóa hệ phương trình trên tìm ra nghiệm trong những điều kiện giả thiết đó. Đây chính là hạn chế lớn nhất của các mô hình số. Hạn chế nữa của mô hình số là trong hệ phương trình mô tả các quá trình vật lý khí quyển chỉ có các yếu tố như nhiệt, ẩm, khí áp, gió mà không có biến lượng mưa. Việc dự báo mưa phải dựa trên giả thiết nữa về các quá trình vật lý mây và quá trình tạo mưa dựa trên các điều kiện về nhiệt, ẩm, gió của khí quyển. Chính những giả thiết này một lần nữa khiến cho dự báo mưa của các mô hình số rất kém chính xác. Do những hạn chế ở trên nên mặc dù bão và áp thấp nhiệt đới là những hiện tượng có kích thước tới hàng trăm km nhưng các dự báo về vị trí, cường độ và mưa trong bão của các mô hình số vẫn còn rất hạn chế.
Theo thống kê, sai số dự báo 24 giờ của vị trí và cường độ bão của các mô hình hiện nay thu nhận tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương là khoảng 150 km và 2 - 3 cấp, trong khi dự báo 48 giờ có sai số khoảng 300 km và 3 – 4 cấp. Xu hướng hiện tại của việc ứng dụng mô hình số trong dự báo vị trí và cường độ bão, áp thấp nhiệt đới là dự báo tổ hợp của nhiều mô hình khác nhau, theo thống kê, dự báo tổ hợp cho kết quả tốt hơn so với từng mô hình đơn lẻ khi số lần dự báo tăng lên. Sản phẩm của quá trình dự báo bão lại là đầu vào cho các tính toán dự báo một loại thiên tai khác liên quan đến gió mạnh trong bão đó là nước dâng. Hiện nay các mô hình tính toán nước dâng đang ngày càng được cải tiến, đầy đủ và hiệu quả hơn nhưng đầu vào chính của các mô hình này vẫn là vị trí và cường độ của bão, áp thấp nhiệt đới nên những khó khăn trong công tác dự báo bão, áp thấp nhiệt đới sẽ lại dẫn đến những sai số trong dự báo nước dâng.
Riêng đối với dự báo mưa, không chỉ mưa trong bão mà mưa trong điều kiện thời tiết hàng ngày vẫn đã, đang và sẽ là bài toán chưa có lời giải thích đáng ở thời điểm hiện tại và cả trong tương lai. Mưa lớn (lượng mưa trên 16 mm/ngày) diện rộng đã được dự báo tốt hơn với sự kết hợp sản phẩm của mô hình số cho các trường khí tượng trực tiếp của mô hình như khí áp, nhiệt độ, gió, độ ẩm với kinh nghiệm về các hình thế gây ra mưa lớn trên diện rộng ở các khu vực khác nhau trên cả nước. Việc cảnh báo mưa lớn trên diện rộng đã và đang được Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương thực hiện hàng ngày, mỗi khi có khả năng xuất hiện mưa lớn trên diện rộng trên bất cứ khu vực nào trên cả nước. Tuy nhiên, hiện tượng mưa rào và dông (mưa dông), do xảy ra trên quy mô nhỏ, thời gian ngắn nên vẫn còn là một thách thức lớn. Mưa dông gây ra do những đám mây đối lưu phát triển trên nhiều tầng của khí quyển, gây ra mưa lớn cục bộ trên một diện hẹp và thời gian ngắn. Quá trình hình thành, phát triển và tan rã của một đám mây dông có thể từ 30 phút đến 6 giờ. Do thời gian từ lúc hình thành đến khi tan rã rất ngắn nên công tác dự báo mưa dông gặp rất nhiều khó khắn. Hiện nay, Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương mới chỉ có thể cảnh báo về sự xuất hiện và ảnh hưởng của mưa dông trước khoảng 15 đến 60 phút. Mưa dông có thể kèm theo lốc xoáy, sét, mưa đá và gió giật cũng là những thiên tai nguy hiểm cho các công trình kinh tế, dân sinh, xã hội và tính mạng con người.
Thiên tai liên quan đến nhiệt độ như nắng nóng, rét hại, sương muối có thể được dự báo tốt hơn so với thiên tai liên quan đến mưa do nhiệt độ là yếu tố có phân bố liên tục, tăng hoặc giảm theo biến trình ngày đêm và mùa khá rõ rệt. Ngoài ra, nhiệt độ cũng là biến trực tiếp của mô hình số nên độ chính xác dự báo cũng cao hơn so với dự báo mưa. Tuy nhiên, trong mô hình cũng như trong thực tế, mưa và nhiệt độ lại có tác động qua lại nên khi dự báo mưa sai, nhiệt độ cũng sẽ bị dự báo sai. Trong những trường hợp như vậy, kinh nghiệm của dự báo viên trong việc sử dụng, hiệu chỉnh các sản phẩm mô hình là rất quan trọng để việc dự báo mưa và nhiệt độ được sát thực hơn.
Tiếp đến là các thiên tai thủy văn có liên quan trực tiếp đến mưa lớn bao gồm lũ, lũ quét, ngập lụt, sạt lở và sụt lún đất. Mưa lớn có thể gây ra lũ trên các sông, suối và lũ quét trên các sông suối miền núi vừa và nhỏ. Lũ quét là lũ lên nhanh, xuống nhanh, dòng chảy xiết, cuốn theo mọi vật cản trên đường đi và có sức tàn phá, vùi lấp lớn. Mùa lũ trên các sông thuộc Bắc Bộ là từ ngày 15 tháng 6 đến ngày 15 tháng 10, trên các sông từ Thanh Hóa đến Hà Tĩnh là từ ngày 15 tháng 7 đến ngày 15 tháng 11, trên các sông từ Quảng Bình đến Ninh Thuận là từ ngày 01 tháng 9 đến ngày 15 tháng 12 và trên các sông thuộc Bình Thuận, các tỉnh Nam Bộ và Tây Nguyên là từ ngày 15 tháng 6 đến ngày 30 tháng 11. Dự báo, cảnh báo mưa là 1 trong những yếu tố tiên quyết dự báo, cảnh báo lũ. Cũng giống như công tác dự báo, cảnh báo nước dâng, thông tin về dự báo, cảnh báo mưa không chính xác sẽ dẫn đến những sai số trong dự báo, cảnh báo lũ. Tuy nhiên, ngay cả trường hợp không có mưa, việc dự báo thủy văn cũng có nhiều khó khăn do hiện nay trên các lưu vực sông đều đã và đang xuất hiện rất nhiều các công trình thủy lợi, Các hoạt động dân sinh - kinh tế, khai thác rừng, khai thác cát, xây dựng các công trình trên sông và ven sông làm ảnh hưởng đến mặt đệm, thay đổi chế độ dòng chảy, địa hình, địa chất trên lưu vực. Thông tin cụ thể về địa hình, địa chất, việc chặn, xả lũ của các hồ chứa, các công trình thủy lợi là rất quan trọng đối với công tác dự báo thủy văn, ngay cả trong điều kiện thời tiết bình thường.
Riêng đối với lũ quét và sạt lở đất, để cảnh báo dựa trên 3 yếu tố chính là lượng mưa, độ dốc địa hình và kết cấu địa chất của khu vực xảy ra mưa lớn. Đây đều là các yếu tố mang tính địa phương và rất chi tiết, các cơ sở dữ liệu địa hình, địa chất chưa cung cấp đầy đủ và cập nhật kịp thời các thông tin này cho Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương nên công tác dự báo, cảnh báo gặp nhiều khó khăn. Ngoài ra lũ quét, sạt lở và sụt lún đất còn xảy ra rất nhanh nên công tác cảnh báo và truyền tin cũng gặp rất nhiều khó khăn.