Globalny wzrost średniej temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi obserwuje się od początku systematycznych pomiarów instrumentalnych, czyli od połowy XIX wieku. Obecnie temperatura przekroczyła najwyższą z okresu ostatnich 100 tysięcy lat. Pomimo okresowych wahań, trend ten jest jednoznacznie wzrostowy a od połowy lat 70 XX wieku gwałtownie przyspieszył w tempie 0,15-0,2°C na dekadę. W 2024 wzrost temperatury przekroczył 1,5°C powyżej poziomu okresu przedprzemysłowego (1850-1900).

Wyniki modeli klimatu stanowią podstawę opracowania scenariuszy zmiany klimatu. Na ich podstawie z kolei dokonuje się oceny ryzyka związanego z zagrożeniami klimatycznymi i poziomu negatywnych skutków zmiany klimatu dla społeczeństwa, sektorów gospodarki i środowiska naturalnego. Analizy te stanowią podstawę planów adaptacji jako strategii adaptacji do zmiany klimatu. Wyniki modeli klimatu stanowią istotny wkład do raportów Międzyrządowego Zespołu ds. Zmiany klimatu (IPCC).

Model klimatu to program komputerowy, który stanowi matematyczną reprezentację funkcjonowania ziemskiego systemu klimatycznego. Dotyczy to procesów w obrębie składowych systemu klimatycznego, a także dużej liczby wzajemnych oddziaływań (Rys.). Liczba niezbędnych do wykonania obliczeń jest bardzo duża, co oznacza, że do pracy z modelami potrzebujemy superkomputerów i bardzo dużych mocy obliczeniowych.

Na model numeryczny składają się układy równań. Są to równania ruchu atmosfery, ale również dotyczące zachowania energii, przemian fazowych, termodynamiki i wiele innych. W modelach klimatu, istotnym jest również uwzględnienie równania transferu promieniowania w atmosferze ziemskiej i jego odziaływanie z gazami i aerozolami pochodzenia antropogenicznego. Szczególnie istotne jest poprawne modelowanie efektu cieplarnianego.

Warto zaznaczyć, że numeryczne modele klimatu uwzględniają dobrze nam znane prawa fizyki, podobnie jak numeryczne modele pogody. Prognozy pogody wykonywane na okres kilku- kilkunastu dni są dość wrażliwe na tzw. warunki początkowe, czyli dane pomiarowe (temperatura, wilgotność, ciśnienie i inne), które wprowadzamy „na starcie”, w celu uruchomienia modelu numerycznego. Modele pogody są wrażliwe na warunki początkowe – niewielkie zmiany wartości, mogą prowadzić do znacznych różnic w wynikach prognoz. Modele te jednak zakładają, że wybrane elementy stanowiące warunki brzegowe, nie zmieniają się znacząco w czasie. Dotyczy to m.in. wielkości promieniowania słonecznego, czy składu atmosfery (w tym koncentracji CO2). W przypadku modeli klimatu, chcemy wskazać jak będzie wyglądał klimat w przyszłości pod wpływem zmian tych elementów (co do wielkości których nie jesteśmy pewni). Z uwagi na to, że model klimatu ma pomóc w określeniu przeciętnych warunków w danym okresie, rola warunków początkowych jest znacznie mniejsza niż warunków brzegowych.

Model pogody czy klimatu to tylko przybliżenie rzeczywistości, którą chcemy obserwować lub przewidywać jak będzie się zmieniać. Z tego względu wyniki modelu wymagają sprawdzenia poprzez porównanie ich z obserwacjami. W przypadku symulacji klimatycznych procedura ta nazywa się ewaluacją modelu.

W modelowaniu klimatu ważne jest – skoro model, z którego korzystamy ma przewidywać stan klimatu w odległych horyzontach czasowych i okresach – by generowane wyniki były zgodne ze „średnim stanem klimatu”. Z tego względu eksperci od modelowania klimatycznego sprawdzają czy wyniki generowane przez modele odpowiadają rzeczywistym trendom zmian – sezonowych bądź okresowych. Takie porównania mogą dotyczyć na przykład średniej temperatury powietrza zimą czy zasięgu lodu morskiego. Najlepszy jest ten model, który odtworzy zarówno wartości i tendencje jak najbardziej zgodne ze stanem rzeczywistym. Korzystając z takiego modelu możemy następnie przyjąć, że z większym prawdopodobieństwem trafnie przewidzi rozwój klimatu w przyszłości.

Pomimo niedoskonałości w naszym rozumieniu procesów rządzących zjawiskami, które zachodzą na Ziemi oraz metod jakich używamy do ich opisu w programach komputerowych, współczesne modele klimatu trafnie odtwarzają zmianę klimatu w przeszłości. Szczególnie znamiennym tego dowodem jest efekt uwzględnienia antropogenicznych czynników, z których głównym jest emisja dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych. Symulacje takie przewidują trafnie, zgodnie z obserwacjami, wzrost globalnej temperatury powietrza (Rys.)