历史地质/气候模型
在本文中，我们将探讨如何构建气候模型，它们的优势和劣势，以及如何将它们应用于板块构造的研究。
首先，我们应该看看在气候模型中应该体现哪些因素。
首先，是日照。它驱动着气候，但并非完全决定气候，否则任何地方的天气都可以用时间和纬度表示。
但事实上，大气环流也需要考虑在内。它将大气中的热量和水分从一个地方运输到另一个地方。大气环流部分是由科里奥利效应引起的（从根本上讲，因为地球正在自转）。然而，环流也由大气的密度变化引起，而密度变化又由大气中的温度和水分变化引起；或者，换句话说，天气的主要原因之一就是天气。正是这一事实使得模拟天气或气候变得极其困难；这样的系统以难以建模而闻名。
影响环流性质的一个重要因素是陆地的位置和性质。海洋吸收的热量比陆地多；然后，陆地吸收的热量多少将取决于地表覆盖的性质，即所讨论的陆地是沙漠、森林、覆盖着冰盖等。关于水分，也可以做出类似的评论；很明显，海洋或湖泊比具有相同日照的沙漠蒸发的水分更多。
通过模拟日照和大气的环流，气候学家可以产生所谓的大气环流模型，或ACM。
这样的模型是最简单的模型，但它仍然不能说明全部情况。海洋也有自己的环流，它也与大气环流一起传输热量。一个真正好的模型应该考虑到这一点。
表层洋流可以由风驱动。在海洋深处，我们有热盐环流。顾名思义，或者如果我们是希腊人会这样想，这种环流是由海洋的温度和盐度驱动的，这两者都会影响海水的密度。密度差异驱动着巨大的洋流，延伸数千英里，携带的水量是亚马逊河的100倍。
右侧的地图显示了热盐环流；正如您所看到的，它可能相当复杂，密度较小的洋流实际上在密度更大的洋流之上流动，而密度更大的洋流则在它们下方以不同的方向流动。
当然，影响海洋环流的另一个因素是大陆的位置，它们限制了洋流的流动。
通过将海洋环流添加到ACM中，气候学家可以生成全球环流模型，或GCM。
即使如此，我们也希望在真正好的气候模型中添加一些内容。例如，我们在上面已经注意到地表覆盖会影响气候。但气候在很大程度上也会决定各地的地表覆盖，在某些地方形成森林，在另一些地方形成草原；在某个地方是沙漠，而在另一个地方是冰盖。我们再次遇到了气候引起导致气候的事物的情况，因此我们有另一组复杂的相互作用需要建模——如果我们能够做到的话。
气候的规模和复杂性对现代超级计算机来说都是一项挑战，有限的处理能力（实际上，计算机执行计算的速度）限制了气候模型中可达到的准确性和细节。最明显的问题是规模问题。无法指望任何计算机模拟大气中每个空气分子的行为。假设，作为粗略的近似，我们将地球划分为每个边长1公里、面积1平方公里的“单元格”，并使用一个模型，该模型在计算机模拟的每个步骤中都将一个数字分配给每个单元格，表示该“单元格”内大气的平均温度和平均湿度。那么我们的模型会因为这种近似而产生误差；它也会因为忽略了海洋环流而产生误差，而且它仍然会涉及模拟5亿个单元格的相互作用；因此，即使这种程度的近似也可能使我们的模型变得难以忍受地缓慢。当然，科学家们总是可以花更多时间运行速度较慢的模型，但他们有理由认为，尽管存在公认的缺陷，但能够在研究人员的有生之年内返回结果的模型，比能够在他们的曾曾孙辈那里提供更准确答案的模型更优秀。
因此，任何气候模型都必须包含一定程度的简化和近似；因此，任何这样的模型都会在一定程度上出错。正是由于这个原因，才存在如此多的气候模型：研究人员必须选择以何种方式简化他们的模型，以减少误差程度，目前尚不清楚如何最好地实现这一点。因此，古气候模拟比较计划（以下简称PMIP1）的第一份报告列出了由19个不同的研究机构制作的22个气候模型，每个模型都以自己的方式追求准确性。
可以通过将模型的结果与数据进行比较，来了解各种模型的好坏以及在哪些方面。我们当然可以将现在的气候（通过仪器测量）与模型认为应该出现的气候进行比较；任何没有产生合理一致结果的模型都将从一开始就被淘汰。但是，我们也可以让模型模拟过去发生的事件，并将它们与替代数据进行比较。PMIP就是这样做的，将模型与全新世中期（6000年前）和末次冰盛期（LGM，21000年前）的替代数据进行比较。在这些日期，气候与现在有明显不同；然而，它们离现在足够近，以至于可以充分利用所有可用的替代数据来了解当时的气候究竟是怎样的。
结果对于乐观者来说是令人鼓舞的，而对于悲观者来说是令人失望的。简要概括一下结果，模型在定性上是正确的：它们正确地指出了现在气候与全新世中期和LGM气候之间性质上的差异；另一方面，它们在定量上是不准确的，往往低估了当时与现在之间差异的幅度。
应该补充的是，在PMIP的第一阶段，研究仅限于没有考虑海洋环流的ACM；大多数模型还忽略了气候与地表覆盖之间的相互作用。人们预计，当考虑更多因素时，结果会更加准确；即将到来的PMIP第二阶段将报道更复杂的模型，这些模型考虑了更多因素。
如果我们要追溯数百万年而不是数千年，那么我们还需要考虑另一个因素：大陆的位置已经发生了改变。由于它们的位置会影响大气和海洋环流，因此模拟深时期的古气候需要重建它们的位置。
这导致了一条有趣的科研路线。当我们重建某个过去日期的大陆位置，并使用气候模型来告诉我们理论上气候应该是什么样时，这与该时期气候的沉积证据相一致吗？
答案是“是的”。从气候模型中获得的一些结果与替代数据和沉积气候条件指标一致。例如
- 地球平均温度的变化对极地的影响比对赤道的影响更大。
- 南极洲的冰川作用只有在其他南部大陆与南极洲充分分离，允许南极绕极流的存在时才能开始。（有关更多详细信息，请参阅 Katz 等人 (2011) 南极绕极流发展对晚古近纪海洋结构的影响，Science，332(6033)；以及 Bijl 等人 (2009) 西南太平洋早期古近纪温度演化，Nature，461。）这些模型得到了 Mg/Ca、δ18O、TEX86 和 Uk'37 的测量结果的支持。
- 除非有足够靠近极地的陆地，否则极地冰盖不会形成。
- 超大陆的内部应该是干燥的。
- 喜马拉雅山脉的隆起与亚洲季风的显著增强有关。例如，参见 Valdiya (1999) 喜马拉雅山脉的隆起：季风出现和增强，Current Science，76(4)；以及 Clift 等人 (2008) 喜马拉雅山脉抬升速度与亚洲季风强度之间的相关性，Nature Geoscience，1。
现在，这种一致性应该增强我们对大陆漂移、气候模型以及利用沉积物重建气候的信心的；因为如果这三种技术中任何一种都不好，那么模型和证据之间就不会有任何一致性。