在實(shí)驗(yàn)室一定的控制條件下模擬自然界的氣候狀況，以及根據(jù)控制氣候及其變化的基本物理定律，建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模式，在一定的初始條件和邊界條件下進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，求得氣候及其變化的圖像(見大氣運(yùn)動模型實(shí)驗(yàn)、大氣運(yùn)動數(shù)值試驗(yàn))。由于氣候現(xiàn)象非常復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)室模擬有很大的局限性。隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展，數(shù)值模擬已經(jīng)成為定量研究氣候及其變化的主要方法。

氣候模擬的雛型是20世紀(jì)50年代開始應(yīng)用的。從60年代以后，各種形式的數(shù)值模式紛紛出現(xiàn)，如直接積分流體力學(xué)和熱力學(xué)方程組的大氣環(huán)流模式，根據(jù)能量平衡原理模擬大氣熱狀況的能量平衡模式，還有把大氣運(yùn)動當(dāng)作隨機(jī)過程處理的隨機(jī)模式和隨機(jī)、動力相結(jié)合的模式等。模式由簡單到復(fù)雜，由模擬氣候的平衡態(tài)發(fā)展到對氣候演變過程的模擬。從70年代以來，氣候模擬的研究取得了初步的試驗(yàn)結(jié)果。例如由模式計(jì)算出的大氣和海洋主要?dú)夂蛞氐姆植技捌浼竟?jié)變化，與實(shí)況相比，在許多方面是基本一致的。在人類活動對氣候的影響的估計(jì)和極冰的反饋?zhàn)饔玫确矫?見反射率、極地氣象學(xué))，也得出了有意義的結(jié)果。此外，還發(fā)展了氣候?qū)Ω黝惸Ｊ胶透鞣N因子變化反應(yīng)的敏感性試驗(yàn)和次網(wǎng)格物理過程(比通常的大尺度過程小的對流過程等)的參數(shù)化研究(見數(shù)值天氣預(yù)報(bào))。但是，這些模式對復(fù)雜的氣候過程的物理考慮及其對各種因子的參數(shù)化方案均不成熟，因此在很大程度上影響著結(jié)果的可信度。這些模式在計(jì)算方法上也還有一定的困難。例如，氣候模擬的計(jì)算需要足夠長的積分時(shí)間，這就要求在這樣的時(shí)間內(nèi)保持計(jì)算上的穩(wěn)定性，以便能夠保留所需要的長期信息。

氣候模擬的發(fā)展說明，它是研究氣候變化規(guī)律的有力的實(shí)驗(yàn)手段。更合理、更客觀的氣候模式，可用于研究各種因子在不同時(shí)間尺度的氣候變化中的作用，預(yù)測人類活動對氣候的可能影響，為大范圍氣候改造和控制提出一定依據(jù);也可研究在一定條件下氣候變化的可能趨向，為氣候預(yù)報(bào)提供依據(jù)。