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저기압은 성질이 서로 다른 기단이 분리되는 기울어진 전선의 파동에서부터 시작된다고 주장했으며, 현대 일기예보에 중요한 공헌을 했다. 노르웨이의 물리학자이자 기상학자인 그의 아버지 빌렘 F.K.비에르크네스의 연구는 그가 기상학을 선택하는 데 큰 영향을 끼쳤다.

제1차 세계대전중 그는 아버지를 도와 노르웨이 전역에 기상관측망을 설치했다. 이 관측소에서 얻은 자료를 이용해 중위도와 고위도에서의 일기현상을 이해하는 데 필수적인 한대전선이론을 확립했다. 1920, 1930년대에 저기압에 관한 연구와 함께 저기압의 구조에 관한 자료를 수집했으며 대기순환의 역학에 관해 연구했다.

1939년 미국으로 이주하여 그 다음해 로스앤젤레스 캘리포니아대학교 기상학교수가 되었다. 제2차 세계대전후 주로 대기순환에 관한 연구를 했고 1952년 고층탐사 로켓에서 찍은 사진을 일기 분석과 예보에 이용, 기상학 연구에 우주시대 기술의 이용을 시도한 사람들 가운데 하나가 되었다. 그후의 연구에서는 태평양 해수온도와 북아메리카 날씨와의 관계를 밝혔다.