数值预报研究室是预报中心的研究部门，含数值预报、厄尔尼诺和边界层三个研究组。主要从事与海-气相互作用及海洋数值预报技术有关的海洋、大气数值试验、厄尔尼诺机理及预测、海洋大气边界层以及海洋二氧化碳等学术研究。此外，数值预报研究部还承担着预报中心的海面风场和台风数值预报业务，以及厄尔尼诺监测、预测业务。现有正式科研人员14人，其中研究员3人，副研究员（高工）3人；博士及在读博士6人，硕士3人。

数值预报研究：
主要从事海洋数值预报技术有关的海洋、大气数值试验、厄尔尼诺机理及预测、海洋同化方法、海洋大气边界层、以及海洋二氧化碳等学术研究。同时从事高分辨率海面风场和台风风场数值预报业务化系统的研究开发和运行维护。

厄尔尼诺：
通过海气相互作用和厄尔尼诺机理研究，经过国家“十五”科技攻关，厄尔尼诺已发展了统计和动力预测模式，已于业务化预测。并成功地预测了1977-78年的EILION现象、1999-2001的 LanLina现象、以及2002-03年的ElNino现象、受到国内通航和新闻界的广泛关注。

边界层组：
边界层组主要从事大气边界层的研究工作。拥有可适用于海洋和陆地大气边界层探测的一系列先进仪器设备，如大气廓线仪/RASS系统、系留气艇探测系统、数字多普勒声雷达、光学雨量计、超声风速温度仪、红外湿度仪等大气湍流测量系统等，可进行边界层通量、大气廓线、大气波导等项目的观测。此外，边界层组还拥有先进的测量CO2分压气相色谱系统和分析海水总溶解CO2库仑仪滴定系统，可用于高精度的CO2分析研究。从上世纪80年代开始，边界层组代表国家海洋环境预报中心参与了一系列的大型海洋及陆地科学试验计划，包括TOGA、TOGA-COARE、中日黑潮调查、国家八五、九五科技攻关计划、国家攀登计划B青藏高原大气科学试验、广东阳江台风强化观测（“追风计划”）等等，取得了一系列研究成果。
边界层组自行设计开发的数字多普勒声雷达系统可测量30-600m高度范围的风速、风向、温度层结等要素，处于国内领先、国际先进水平，并为中国科学院、中国气象局、以及环保部门等多个国内机构或部门采用。