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지구 대기를 대상으로 3차원적으로 기후 변화에 관련된 물리량을 예측하는 전지구적 수치 예측 모델을 말한다. 각 위도, 경도, 고도로 이루어진 격자점의 기온, 기압, 바람, 수증기, 해수온, 토양수분, 설빙, 강수, 방사상태등 기후 변화와 관련된 물리량들의 변화를 예측하기 위해 만들어진 모델인데 이를 이용해 기후 변화를 모델링 하기 위해서는 관련된 물리적, 화학적, 생물학적 과정을 수학적으로 구현할 수 있어야 한다. 따라서 이러한 모델을 구축하기 위해서는 모델 설계, 수치계산, 결과 분석을 할 수 있어야 하는데 이를 위해서는 고도의 과학적 지식과 계산 환경, 막대한 예산이 소요된다. 또한 모델을 더욱 정교하게 만들기 위해 해양 순환 모델을 조합한 해양-대기 결합 모델도 시도되고 있다.