很早以前人們就相信能夠逼真地模擬全球氣候、氣候變率以及氣候變化的許多特征的氣候模式,必須從相互影響上表達動力耦合的氣候系統的多個主要分量,特別是大氣、海洋與冰雪圈。一般來說這方面的工作一直受到計算能力、我們對實測系統的了解以及氣候模擬能力的限制。隨著巨型計算機的問世,我們對于全球氣候過程了解的加深以及大氣環流氣候模式計算效率的改進,我們已經看見將大氣、海洋、海冰耦合在一起的全球氣候模擬迅速增加。從60年代后期開始,持續至80年代早期,人們將大氣、海洋和海冰的大環流模式耦合起來,讓模式非同步運行從而產生可信的對全球氣候的各種模擬。這些分量模式中的系統誤差后來促使一些模擬研究人員采用通量訂正或通量調整,通過調整海-氣界面上的一個或若干個變量,可以使模擬更接近實況。在過去的幾年中計算能力與氣候模擬技術的進一步改進已經使得全球海-氣耦合大環流模式能同步運行(也就是說大氣與海洋間的交流至少每個模式天一次)。由于計算上的限制,加上需要幾十年氣候積分,目前仍然只能將相對而言較粗網格的海洋大環流模式與相應的粗網格大氣模式耦合(在500km×500km的量級上)。但是,最新一代全球耦合大環流模式的結果已揭示了,實驗中二氧化碳逐漸增加時的一些令人感興趣的、與海洋動力學和全球氣候有關的特征。全球耦合大環流模式模擬研究的另一引人注目之處是與厄爾尼諾及南方濤動相聯系的一些特征的出現。這些發現,加上同時進行的其它類型的有限域、動力耦合模式方面的研究使人們認識到氣候系統中存在著固有不穩定耦合方式,是大氣與海洋相互作用耦合的獨特產物。所有這些努力正在造就下一代海-氣耦合大環流模式。這些模式將在速度更快、存儲量更大的計算機上運行,這些模式的海洋部分、大氣部分的分辨率將會更高,海冰的表示方式將更加準確,云-輻射方案將得到改善,陸面過程的處理將更加逼真。