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I modelli climatici sono complessi programmi informatici
I modelli climatici simulano il sistema climatico terrestre sulla base di leggi scientifiche come la conservazione della massa, della quantità di moto e dell'energia. Sono legati nelle loro origini ai modelli di previsione numerica del tempo, ma le domande poste dai modelli climatici sono diverse da quelle poste dalla previsione del tempo. I modelli climatici cercano di riprodurre i processi e le interazioni tra i singoli componenti del sistema climatico terrestre, ad esempio tra l'atmosfera, gli oceani e le masse di ghiaccio.
Oltre a descrivere i possibili stati climatici futuri sulla base di scenari di emissione (le cosiddette proiezioni o scenari climatici), i modelli climatici servono a rafforzare la comprensione dei processi e delle interazioni rilevanti nel sistema climatico. Inoltre, aiutano a quantificare l'influenza umana sul clima.
Per consentire ai climatologi e alle climatologhe di modellare il clima, la terra viene ricoperta con una griglia tridimensionale, similmente a quanto viene fatto nei modelli di previsione del tempo. La risoluzione orizzontale di una cella della griglia dei modelli climatici è solitamente compresa tra 50 e 150 km. Per ogni cella della griglia e per ogni intervallo di tempo, viene calcolato un gran numero di variabili misurate, ad esempio la temperatura, la velocità e la direzione del vento, la pressione, l'umidità, ecc.
Le leggi fisiche fondamentali sono rappresentate da molte migliaia di righe di codice informatico. I modelli climatici sono quindi tra i modelli più complessi e ad alta intensità di calcolo oggi esistenti. Grazie a computer sempre più potenti e ad alte prestazioni e al generale progresso delle conoscenze, negli ultimi anni i modelli climatici sono stati in grado di rappresentare un numero sempre maggiore di processi fisici e di simulare le interazioni tra i diversi componenti del sistema climatico. Un esempio sono i processi negli oceani e la loro interazione con l'atmosfera.