地球系统模式(Earth System Model，简称ESM)是理解过去气候与环境演变机理、预估未来潜在全球变化情景的重要工具。地球系统模式是集成地学相关研究的重要平台，其发展水平及模拟能力的高低已成为衡量一个国家地学综合水平的重要标志。

地球系统模式的前身是气候系统模式(Climate System Model， 简称CSM)。传统意义的气候系统模式主要包括大气环流系统、陆表物理系统、海洋环流及海冰系统等。上世纪末到本世纪初，随着对全球气候变化研究的不断深入，气候系统模式不断发展，其领域逐渐扩展到地球表层的生态与环境系统，包括陆地及海洋生态系统、大气化学、气溶胶等。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。

目前，世界各主要国家纷纷制定了有关地球系统模式的重大研究计划，如美国2001年启动“地球系统模拟框架”(ESMF)的国家计划，欧盟2001年启动的“地球系统模拟集成计划”(PRISM)，澳大利亚启动的澳大利亚地球模拟器(ACCESS)计划等。2010年，美国国家大气科学研究中心(NCAR)公开发布了其第一个地球系统模式CESM1.0。

我国在2003年起，已关注地球系统模式的发展。国家自然科学基金委员会“十一五”规划中已将“地球系统模式”列入战略研究科技项目之中。2007年起，国家陆续启动了中国科学院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全球变化专项等项目，来支持中国地球系统模式的研发。在上述项目的支持下，ICCES牵头初步建成了中科院地球系统模式(CAS-ESM)框架。该系统模式主要包括以下分量模式：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、陆地及海洋生物地球化学模式等，并通过耦合器实现了各分系统模式的初步耦合(图1)。

图1 中国科学院地球系统模式示意图