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지구의 기후 형성에 중요한 역할을 하는 다섯개 권역, 즉 대기권 (atmosphere), 해양을 포함하는 수권 (hydrosphere), 지권 (geosphere), 생물권 (biosphere), 그리고 눈과 얼음을 포함하는 설빙권 등에서 일어나는 독립적 현상과 각 권역 사이에서 일어나는 작용 등을 지배방정식을 사용하여 정량화하고, 이를 컴퓨터를 사용하여 과거와 현재 그리고 미래의 기후를 재건하거나 예측하는 수치모델을 의미한다. 기후모델은 기후과정을 이해하고 기후의 변화를 예측하는데 이용된다. 최근에는 온실효과에 의한 기후변화에 대한 관심의 증가로 온실가스 배출량을 변화시켜가며 그 영향을 파악하는 연구에 기후모델이 자주 사용된다. 모델의 구조와 설정치에 따라 다양한 결과가 산출되며, 모델에 대한 검증은 과거와 현재의 기후변동 기술여부에 대한 평가를 수행하여 미래 예측에 사용되는 형태를 보이는 것이 일반적이다.