地球系统模式(Earth System Model，简称ESM)是地球系统科学研究最复杂和最具综合性的数值模拟工具，用于模拟和预测地球过去与未来的气候和环境状况及其变化。现阶段的地球系统模式是基于地球各圈层中的物理、化学和生物过程，以及它们之间的物质和能量交换规律而建立起来的数学模型，然后用数值计算方法求解，编制成一种大型综合性计算程序。其研究内容包括四大部分，即“大气环流系统”、“海洋系统”、“陆地表层系统”以及“全球生态系统”。

近年来，在中国科学院III期知识创新工程项目群、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金以及国家科技部973项目等的支持下，ICCES牵头初步建成了中科院地球系统耦合模式(CAS-ESM)。该系统模式主要包括以下分系统模式：大气环流模式、陆面及水文过程模式、植被动力学模式、海洋环流和海冰模式、陆冰模式、气溶胶及大气化学模式等，并通过耦合器实现了各分系统模式的初步耦合。