隨著輻射傳輸模式的完善，也由于計(jì)算能力的快速提高，人們開始考慮使用更真實(shí)也更復(fù)雜的模式取代簡(jiǎn)單的氣候模式。這便是覆蓋全球的三維大氣環(huán)流模式(general circulation model，GCM)。在GCM中，需要數(shù)值求解的是三維流體動(dòng)力和熱力學(xué)方程，因?yàn)樵谶@些流體方程中，各個(gè)變量都隨時(shí)間變化，給定初始和邊界條件之后，可以對(duì)這些方程進(jìn)行時(shí)間積分。如果我們以現(xiàn)在的氣候狀況作為初始和邊界條件，對(duì)時(shí)間的積分也就相當(dāng)于預(yù)測(cè)未來的氣候。仍然是Manabe和Wetherald首先在GCM 的發(fā)展方面走出了開創(chuàng)性的一步。他們的GCM計(jì)算結(jié)果表明，CO2加倍將導(dǎo)致全球平均地面溫度升高大約3℃。

20世紀(jì)80年代以來，世界各國(guó)的主要?dú)夂蜓芯繖C(jī)構(gòu)都紛紛發(fā)展各自的GCM。美國(guó)哥達(dá)德空間研究所氣候?qū)W家翰森為首的團(tuán)隊(duì)也較早地發(fā)展了他們的GCM，并利用該GCM廣泛地研究了氣候系統(tǒng)中的各種反饋機(jī)制,指出了云-輻射的反饋機(jī)制在氣候變化中起著重要的作用。他們的另一個(gè)重要貢獻(xiàn)是海洋由于其較大的熱容量(熱力慣性),將推遲全球變暖的出現(xiàn)，也就是地表氣溫的增加將落后于CO2增加達(dá)幾十到上百年。這與實(shí)際結(jié)果基本一致，CO2在工業(yè)革命時(shí)就開始增加，而全球變暖基本是從20世紀(jì)70年代開始的。