النماذج المناخية هي محاولة للتنبؤ بالمناخ المستقبلي عن طريق معرفة التغيير الحاصل في العناصر المناخية نتيجة التفاعل بين الغلاف الغازي والمحيطات وسطح الأرض والغلاف الثلجي تستعمل هذه النماذج لأغراض مختلفة، تتراوح بين دراسة الطقس وحركيته إلى النظام المناخي والتنبؤ بمناخ المستقبل. وقد شاعت فكره استخدام هذه النماذج في الفترة الأخيرة رغم إن النتائج المستحصله منها ليست دقيقة جدا. فالمناخ كما هو معروف نظام معقد جدا لم يلم العلماء بكل أسراره، لذلك فان أي تطور جديد في علم المناخ سوف ينعكس إيجابا على تطور دقة هذه النماذج المناخية. ومع ذلك ظهرت أنواع مختلفة من هذه النماذج في محاولة لمعرفة التغيرات المناخية المستقبلية. وقد ظهرت لحد الان نماذج مناخية مختلفة تراوحت بين البسيطة جدا إلى المعقدة. ويمكن تصنيف هذه النماذج إلى ثلاثة أنواع وهي:

1ـ  النماذج الأحادية One Dimension Model

ترتكز هذه النماذج على فكرة توازن الطاقة بين الكمية الواردة والكمية المنبعثة والمعكوسة. ويمكن التعبير عن هذا التوازن بالمعادلة الآتية:

                           4sT4-(a-1) S   

حيث أن:

a = معدل العاكسية من سطح الأرض وهي حوالي 0.37 إلى 0.29

S = الثابت الشمسي الإشعاع الشمسي القادم حسب وحدة المساحة حوالي 1367 واط/م

s- ثابت ستيفن - بولتزمان وهو حوالي 1085,67 "جك  م ثا 

T - درجة الحرارة وهي مجهولة والمفروض إيجادها الجانب الأيمن من المعادلة يمثل الإشعاع القادم من الشمس والجانب الأيسر من المعادلة يمثل الإشعاع الصادر من الأرض والذي يحسب حسب قانون ستيفن - بولتزمان الذي يفترض طاقة حرارية ثابتة والمجهول هو الحرارة التي يجب إيجادها .

هذه المعادلة تهتم بالطاقة المنبعثة من الأرض أكثر من درجة حرارة سطح الأرض، وهو ما لا نحتاجه في الدراسات المناخية. لذلك يمكن تطوير الفكرة إلى نموذج ذا بعد واحد (عمودي). وهذا النموذج يسمى نموذج الإشعاع الحملي هذه الفكرة تبسط الغلاف الغازي لتحسب عمليتان لنقل الطاقة فقط وهما: نقل الطاقة إلى الأعلى والى الأسفل من خلال طبقات الغلاف الغازي نقل الطاقة بالحمل مهمة جدا في أسفل الغلاف الغازي هذا النموذج أفضل من استخدام المعادلة السابقة لوحدها وذلك لأنه يستطيع أن يعطينا درجة حرارة سطح الأرض، وكذلك تأثير غازات البيوت الزجاجية على تباين درجة الحرارة ولكنة قاصر لأنه لا يمثل إلا نقطة واحدة على الأرض. كما انه يعطي درجة الحرارة الأفقية فقط. كما انه يحتاج إلى إضافة أبعاد أخرى.

2ـ  النماذج الثنائية  Tow Dimensions Model

إذا ما نشرنا موديل البعد الواحد إلى أكثر من نقطة على سطح الأرض أفقيا فان ذلك سيجعله موديل ذا بعدين. فإذا ما حسبنا نقل الطاقة أفقيا على مستوى الغلاف الغازي، فيمكن حساب معدل الحرارة لأكثر من نقطة على سطح الأرض. هذا النوع من النماذج يعطينا ميزة اعتماد العاكسية على درجة الحرارة أي إن كمية العاكسية يمكن حسابها من شدة درجة الحرارة لذلك يصبح القطب ثلجياً، وخط الاستواء حار. النقص في هذا النموذج هـو عـدم احتوائه على الجانب الحركي من الغلاف الغازي، حيث يصعب معرفة انتقال الحرارة أفقيا.

إن النموذجان السالفين الذكر يعطيان معلومات محدودة عن الغلاف الغازي والتغيرات التي يمكن أن تحصل فيه. لأنهما يعتمدان على عنصر واحد وفي نقطة واحدة أو عدة نقاط والغلاف الغازي لا يعمل بهذه الصورة، حيث إن التداخل الكبير بين عناصره تجعله أكثر تعقيدا للتنبؤ بتغير عنصر واحد فقط. ولهذا ظهرت الضرورة إلى نماذج الأبعاد الثلاثية والتي تستطيع أن تتناول أكثر من عنصر أفقيا وعمودياً وعلى منطقة واسعة لنتمكن من خلال ذلك الأخذ بنظر الاعتبار التفاعل المعقد بين العناصر المختلفة وتأثير العوامل المختلفة على هذه العناصر. إلا أن هذه المهمة ليست سهلة.

3ـ  النماذج الثلاثية   Three Dimensions Model

يستخدم هذا النموذج الأبعاد الثلاثة أو الأربعة إن صح التعبير. فتحدد منطقة على أساس خطوط الطول ودوائر العرض، ولعدة مستويات في الغلاف الغازي ليعمل نموذجاً لها . فهو نموذج للغلاف الغازي في منطقة واسعة. كما يمكن أن ينمذج الأرض اليابسة كما يمكن أن ينمذج سطح المحيطات. وفي حالة الأبعاد الأربعة، فانه يمزج بينهما . يعمل هذا النموذج على إعطاء صورة عن مناخ الأرض، وما يمكن أن نتوقعه.

نماذج مناخ الأرض أو نماذج الدورة العامة للرياح GCM's تستعمل معادلات حركة السوائل fluid motion كل على حدة في البداية ثم تدمج بينها بمرور الوقت. كما تحتوي على وسائل لقياس حدوث الظواهر الصغيرة التي لا يمكن قياسها ضمن المقياس الكبير الذي يعمل علية النموذج، مثل الحمل الحراري. وبعض النماذج تدخل دورات بعض الغازات مثل دورة الكاربون في الطبيعة نماذج الدورة العامة تنمذج الغلاف الغازي وسطح الأرض وتضيف درجة حرارة سطح المحيطات. لذلك فإنها تحتاج إلى كم هائل من المعلومات، بما فيها كيميائية الغلاف الغازي. هذه النماذج تحتوي على منطقة مركزية حتى تستطيع أن تدمج معادلات حركة السوائل لتحصل على:

- ضغط سطح الأرض .

- سرعة الرياح الأفقية المرافقة في الطبقات .

- درجة الحرارة والرطوبة في الطبقات .

أما وسائل قياس الظواهر الصغيرة فإنها تهتم بالاتي : ـ

- الإشعاع الشمسي بما فيها الأمواج القصيرة، والإشعاع الأرضي والأشعة الفوق الحمراء، والأشعة الطويلة .

- الحمل الحراري .

- العمليات التي تجري على سطح الأرض والمياه .

تستطيع هذه النماذج أن تعطي صورة عن مناخ الأرض لكل دائرة عرض إلى خمسة دوائر عرض أو خط طول إلى خمسة خطوط . نموذج مركز هادلي على سبيل المثال، يستعمل 2.5 دوائر العرض و 3,75 خط طول، ويستعمل شبكة من 73 عين فيها 96 نقطة وعموديا إلى 19 طبقة . كما إن هناك نموذج للمحيطات OGCMs الذي يستخدم الانعكاس من الغلاف الغازي وقد يحتوي أو لا يحتوي على الثلج البحري ولابد من الإشارة هنا أن النماذج القديمة كانت تستعمل أسلوب التصحيح في قيمة الانعكاس من السطح كلما تقدمنا في العمليات الحسابية النماذج الجديدة لا تحتاج إلى التصحيح وإنما تعتبر هذه الظاهرة غير ضرورية. هذه العملية أدت إلى أن تكون النماذج الجديدة أكثر قدرة على التنبؤ بمناخ المستقبل من النماذج القديمة.

ويعتبر حاليا إن الدمج بين النموذج الخاص بالغلاف الغازي GCMs والنموذج الخاص بالمحيطات OGCMS هو من أحدث ما يمكن تقديمه في هذا المجال. حيث يمكن أن نستغني في هذه الحالة عن استعمال الانعكاسات من سطح الماء في نموذج الغلاف الغازي. لذلك تعتبر هذه النماذج هي الأساس في نماذج شديدة التطور للكشف عن مناخ المستقبل. أخر هذه النماذج بين تطابقاً جيداً بين الشواذ في درجة الحرارة المقاسة لل 150 سنة الأخيرة، عندما أضيف إلى البرنامج تأثير غازات الاحتباس الحراري.

نماذج مناخ المحيطات OGCMS يمثل قمة التعقيد في النماذج المناخية. ورغم إنها الوحيدة التي يمكنها أن تعطي تصورا عن المناخ المستقبلي، إلا إنها ما زالت في طور التطوير. وإذا قارنا النماذج ذات البعد الواحد أو ذات البعدين فإنها أسهل بكثير من النماذج الثلاثية الأبعاد، حيث يمكن القول إن النماذج الثلاثية الأبعاد معقدة بقدر تعقيد المناخ نفسه.

الاستعمال الواسع لهذه النماذج في الوقت الحاضر يركز على التنبؤ بحالة درجة الحرارة المستقبلية في محاولة للتعرف على تأثير ثاني اوكسيد الكاربون على الحرارة. وقد بينت نتائج بعض هذه النماذج إن هناك تطابق جيد بين الحرارة المتنبئ بها والحرارة المسجلة إذا افترضنا زيادة في ثاني اوكسيد الكاربون بنسبة 1٪ في السنة. ورغم ذلك ما زال هناك نقاش واسع بين الباحثين عن الفائدة المتوخاة من هذه النماذج رغم إن العديد من الباحثين المهتمين بارتفاع حرارة الأرض نتيجة ارتفاع كمية ثاني اوكسيد الكاربون في الهواء يستعملون هذه النماذج باعتبارها الطريقة الوحيدة للتنبؤ بارتفاع الحرارة في المستقبل.