气候模式是由描述物理 、流体运动 和化学 的基本定律的微分方程 组所构成的系统。为了运行一个模式，科学家将地球划分成许多三维网格，应用这些基本方程，以及评价结果。大气模式在每个网格里计算风 、热传输 、辐射 、相对湿度 和地表水文 ，还要评估与相邻网格间的相互作用。风、热传输和其他变量仅仅被用来计算一个最终结果，因此它们不被要求对应真实世界里的情况。在有些数值方案里虚拟的变量被使用。 大气环流模式 （G eneral C irculation M odel，GCM ）是描述行星大气 或海洋的数学模型 。它是基于旋转球体的纳维－斯托克斯方程 ，包括热力学 项来反映很多能量源（比如辐射 、潜热 ）。这些方程式用于模拟 地球大气或海洋的复杂计算机程序的基础。大气和海洋环流模式（AGCM和OGCM）、海冰 、陆地表面过程是全球气候模式 （G lobal C limate M odel）的关键成分。大气环流模式和全球气候模式被广泛的应用与天气预报 、理解气候 、预测气候变化 等方面。用于研究十年到百年时间尺度的气候的模式最早是由真锅淑郎 和科克·布莱恩 普林斯顿 的地球物理流体动力学实验室 里创造的。[ 1]
“GCM”这个缩写经常被用来代指“全球气候模式”或“大气环流模式”。虽然这两类模式不完全一样，但大气环流模式通常是用来模拟气候的工具。因此这两个术语有时在讨论气候模式
1956年诺曼·菲利普斯（Norman Phillips）提出了一个可以真实描述对流层 的月和季度天气 模式的数学模型，该模型成为第一个成功的气候模式 [ 2] [ 3] [ 4] NOAA 的地球物理流体动力学实验室 发展起来的。[ 1] 美國國家大氣研究中心 已经发展出社群大气模式，其后还得到不断的完善，直到21世纪还在使用。[ 5] [ 6] 气候变化 ，比如哈德利气候预测与研究中心 HadCM3 [ 4] 重力波 的重要性才被意识到并在模式中考虑。如今，为了正确的模拟区域和全球尺度的大气环流，全球气候模式必须包括重力波，即使重力波的宽谱使得结合他们很复杂。[ 7]
實際的大氣與地球表面之間有交互作用的存在，為了更接近實際狀況而演化出耦合模式(couple model)。尤以占地球面積最大的海洋，溫度受到大氣作用而每分每秒都在變化，海面的溫度也會反饋給大氣。大氣模式預報一個時間步長後將結果傳達給海洋模式，海洋模式接著預報一時間步長並回傳，兩模式彼此循環預報成为海气耦合环流模式（CGCM或AOGCM）。而海洋模式、海冰模式、路面蒸散模式、河流徑流模式...等，由許多模式構成整個全球耦合环流模式便成了完整的气候模式 基础，在此架构下，便可以用來探討氣候變遷的反應(例如Sun和Hansen，2003)。
三维环流模式将流体运动的方程离散化，然后对时间做向前积分。这些模式也会包含对一些尺度过小而不能直接解析的过程（比如对流）的参数化。隨著對模式要求越來越多，更复杂的模式还可能包括代表碳循环、氣溶膠與化學元素、碳循環、水循環、陸地使用種類…等，未來更可能將生物也考慮進去。
简化大气环流模式（SGCM） ，缩小版的GCM，一般包含一个动力核心 ，将物质属性（比如温度）和动力属性（比如压力和速度）联系起来。比如，求解原始方程组 的程序就是例子。被给的能量输入到模式中，能量以摩擦力 的形式耗散，乃至波数最高的那些大气波
Climate Change Prediction: A challenging scientific problem (2005) （页面存档备份 ，存于互联网档案馆 ）. By Prof. A.J. Thorpe. Explains how predictions of future climate change are made using climate models.Climate Simulations for 1951–2050 with a Coupled Atmosphere–Ocean Model （页面存档备份 ，存于互联网档案馆 ） by Sun and Hansen (2003)History of Global Climate Modelling （页面存档备份 ，存于互联网档案馆 ）E-Media from GFDL's CCVP Group （页面存档备份 ，存于互联网档案馆 ）. Includes videos, animations, podcasts and transcripts on climate models.GFDL's Flexible Modeling System （页面存档备份 ，存于互联网档案馆 ） containing code for the climate models.Dapper/DChart – plot and download model data referenced by the Fourth Assessment Report (AR4) of the Intergovernmental Panel on Climate Change .Chapter 8: Climate Models and Their Evaluation . The IPCC Working Group I Fourth Assessment Report (2007).CCSP, 2008: Climate Models: An Assessment of Strengths and Limitations A Report by the U.S. Climate Change Science Program and the Subcommittee on Global Change Research [Bader D.C., C. Covey, W.J. Gutowski Jr., I.M. Held, K.E. Kunkel, R.L. Miller, R.T. Tokmakian and M.H. Zhang (Authors)]. Department of Energy, Office of Biological and Environmental Research, Washington, D.C., USA, 124 pp.BBC News: Models 'key to climate forecasts' （页面存档备份 ，存于互联网档案馆 ）. Dr Vicky Pope of the Hadley Centre explains how computer models are used to predict the day-to-day weather and changes to the climate (2007).The scientific basis for projections of climate change (in a nutshell) （页面存档备份 ，存于互联网档案馆 ）. Video of a lecture given at Princeton University by Isaac Held, Professor of Geosciences and Atmospheric and Oceanic Sciences, Princeton University and Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL). 26 February 2008.(IPCC 2001 section 8.3) – on model hierarchy(IPCC 2001 section 8) – much information on coupled GCM'sCoupled Model Intercomparison Project On the Radiative and Dynamical Feedbacks over the Equatorial Pacific Cold Tongue Basic Radiation Calculations （页面存档备份 ，存于互联网档案馆 ） – The Discovery of Global WarmingHenderson-Sellers, A.; Robinson, P. J. Contemporary Climatology . New York: Longman. 1999 [2012-07-26 ] . ISBN 0-582-27631-4存档 于2007-09-28）.
