歷史地質/氣候模型
在本文中，我們將探討如何構建氣候模型，它們的優勢和劣勢，以及如何將它們應用於板塊構造的研究。
首先，我們應該看看在氣候模型中應該體現哪些因素。
首先，是日照。它驅動著氣候，但並非完全決定氣候，否則任何地方的天氣都可以用時間和緯度表示。
但事實上，大氣環流也需要考慮在內。它將大氣中的熱量和水分從一個地方運輸到另一個地方。大氣環流部分是由科里奧利效應引起的（從根本上講，因為地球正在自轉）。然而，環流也由大氣的密度變化引起，而密度變化又由大氣中的溫度和水分變化引起；或者，換句話說，天氣的主要原因之一就是天氣。正是這一事實使得模擬天氣或氣候變得極其困難；這樣的系統以難以建模而聞名。
影響環流性質的一個重要因素是陸地的位置和性質。海洋吸收的熱量比陸地多；然後，陸地吸收的熱量多少將取決於地表覆蓋的性質，即所討論的陸地是沙漠、森林、覆蓋著冰蓋等。關於水分，也可以做出類似的評論；很明顯，海洋或湖泊比具有相同日照的沙漠蒸發的水分更多。
透過模擬日照和大氣的環流，氣候學家可以產生所謂的大氣環流模型，或ACM。
這樣的模型是最簡單的模型，但它仍然不能說明全部情況。海洋也有自己的環流，它也與大氣環流一起傳輸熱量。一個真正好的模型應該考慮到這一點。
表層洋流可以由風驅動。在海洋深處，我們有熱鹽環流。顧名思義，或者如果我們是希臘人會這樣想，這種環流是由海洋的溫度和鹽度驅動的，這兩者都會影響海水的密度。密度差異驅動著巨大的洋流，延伸數千英里，攜帶的水量是亞馬遜河的100倍。
右側的地圖顯示了熱鹽環流；正如您所看到的，它可能相當複雜，密度較小的洋流實際上在密度更大的洋流之上流動，而密度更大的洋流則在它們下方以不同的方向流動。
當然，影響海洋環流的另一個因素是大陸的位置，它們限制了洋流的流動。
透過將海洋環流新增到ACM中，氣候學家可以生成全球環流模型，或GCM。
即使如此，我們也希望在真正好的氣候模型中新增一些內容。例如，我們在上面已經注意到地表覆蓋會影響氣候。但氣候在很大程度上也會決定各地的地表覆蓋，在某些地方形成森林，在另一些地方形成草原；在某個地方是沙漠，而在另一個地方是冰蓋。我們再次遇到了氣候引起導致氣候的事物的情況，因此我們有另一組複雜的相互作用需要建模——如果我們能夠做到的話。
氣候的規模和複雜性對現代超級計算機來說都是一項挑戰，有限的處理能力（實際上，計算機執行計算的速度）限制了氣候模型中可達到的準確性和細節。最明顯的問題是規模問題。無法指望任何計算機模擬大氣中每個空氣分子的行為。假設，作為粗略的近似，我們將地球劃分為每個邊長1公里、面積1平方公里的“單元格”，並使用一個模型，該模型在計算機模擬的每個步驟中都將一個數字分配給每個單元格，表示該“單元格”內大氣的平均溫度和平均溼度。那麼我們的模型會因為這種近似而產生誤差；它也會因為忽略了海洋環流而產生誤差，而且它仍然會涉及模擬5億個單元格的相互作用；因此，即使這種程度的近似也可能使我們的模型變得難以忍受地緩慢。當然，科學家們總是可以花更多時間執行速度較慢的模型，但他們有理由認為，儘管存在公認的缺陷，但能夠在研究人員的有生之年內返回結果的模型，比能夠在他們的曾曾孫輩那裡提供更準確答案的模型更優秀。
因此，任何氣候模型都必須包含一定程度的簡化和近似；因此，任何這樣的模型都會在一定程度上出錯。正是由於這個原因，才存在如此多的氣候模型：研究人員必須選擇以何種方式簡化他們的模型，以減少誤差程度，目前尚不清楚如何最好地實現這一點。因此，古氣候模擬比較計劃（以下簡稱PMIP1）的第一份報告列出了由19個不同的研究機構製作的22個氣候模型，每個模型都以自己的方式追求準確性。
可以透過將模型的結果與資料進行比較，來了解各種模型的好壞以及在哪些方面。我們當然可以將現在的氣候（透過儀器測量）與模型認為應該出現的氣候進行比較；任何沒有產生合理一致結果的模型都將從一開始就被淘汰。但是，我們也可以讓模型模擬過去發生的事件，並將它們與替代資料進行比較。PMIP就是這樣做的，將模型與全新世中期（6000年前）和末次冰盛期（LGM，21000年前）的替代資料進行比較。在這些日期，氣候與現在有明顯不同；然而，它們離現在足夠近，以至於可以充分利用所有可用的替代資料來了解當時的氣候究竟是怎樣的。
結果對於樂觀者來說是令人鼓舞的，而對於悲觀者來說是令人失望的。簡要概括一下結果，模型在定性上是正確的：它們正確地指出了現在氣候與全新世中期和LGM氣候之間性質上的差異；另一方面，它們在定量上是不準確的，往往低估了當時與現在之間差異的幅度。
應該補充的是，在PMIP的第一階段，研究僅限於沒有考慮海洋環流的ACM；大多數模型還忽略了氣候與地表覆蓋之間的相互作用。人們預計，當考慮更多因素時，結果會更加準確；即將到來的PMIP第二階段將報道更復雜的模型，這些模型考慮了更多因素。
如果我們要追溯數百萬年而不是數千年，那麼我們還需要考慮另一個因素：大陸的位置已經發生了改變。由於它們的位置會影響大氣和海洋環流，因此模擬深時期的古氣候需要重建它們的位置。
這導致了一條有趣的科研路線。當我們重建某個過去日期的大陸位置，並使用氣候模型來告訴我們理論上氣候應該是什麼樣時，這與該時期氣候的沉積證據相一致嗎？
答案是“是的”。從氣候模型中獲得的一些結果與替代資料和沉積氣候條件指標一致。例如
- 地球平均溫度的變化對極地的影響比對赤道的影響更大。
- 南極洲的冰川作用只有在其他南部大陸與南極洲充分分離，允許南極繞極流的存在時才能開始。（有關更多詳細資訊，請參閱 Katz 等人 (2011) 南極繞極流發展對晚古近紀海洋結構的影響，Science，332(6033)；以及 Bijl 等人 (2009) 西南太平洋早期古近紀溫度演化，Nature，461。）這些模型得到了 Mg/Ca、δ18O、TEX86 和 Uk'37 的測量結果的支援。
- 除非有足夠靠近極地的陸地，否則極地冰蓋不會形成。
- 超大陸的內部應該是乾燥的。
- 喜馬拉雅山脈的隆起與亞洲季風的顯著增強有關。例如，參見 Valdiya (1999) 喜馬拉雅山脈的隆起：季風出現和增強，Current Science，76(4)；以及 Clift 等人 (2008) 喜馬拉雅山脈抬升速度與亞洲季風強度之間的相關性，Nature Geoscience，1。
現在，這種一致性應該增強我們對大陸漂移、氣候模型以及利用沉積物重建氣候的信心的；因為如果這三種技術中任何一種都不好，那麼模型和證據之間就不會有任何一致性。