地球系统科学系自成立以来，重点研发地球系统模式，目前已研发了大气模式、海洋模式、陆面模式、社会经济模式、疾病传播模式、海冰模式和区域模式。利用全国产化的“神威·太湖之光”超级计算机，联合各兄弟单位共同发展公共集成地球系统模式，全面提高我国应对极端气候和自然灾害的减灾防灾能力。

采用高性能计算机模拟地球系统的整体演变过程，揭示规律机制，并预测未来趋势，推动地球科学定量化发展。地学系在地球系统模式方向取得的代表性成果：研发联合地球系统模式。

经过多年发展，清华大学联合国内多家单位于2019年顺利完成联合地球系统模式1.1版本的开发。2020年8月7日，国际模式发展主流期刊《地球系统模拟进展》发表了介绍该模式的论文“联合地球系统模式:介绍和评估”。

联合地球系统模式CIESM包含13个自主开发或改进的物理方案和模块，如改进的深对流参数化方案、单冰云微物理方案、统计云宏物理方案、四流短波辐射计算方案、次网格地形拖曳方案、海气通量方案、海洋混合方案、新热力学粗糙度方案等，以及自主的耦合器C-Coupler2、新的共形映射海洋网格、高可扩展海洋正压求解器、新的土壤和土地利用数据和高效陆地碳氮循环模块等。其中C-Coupler2被国内多家单位采用，高可扩展海洋正压求解器已被美国NCAR最新一代的地球系统模式CESM2.0采用。同时，通过大量的移植和优化工作，该模式在国产高性能计算机“神威·太湖之光”上完成所有参与第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的试验，为将来更好地应用国产高性能计算机打下了坚实的基础。

联合地球系统模式已顺利完成各种第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）模拟并上传了相关数据。模式整体性能优异，和已有的CMIP5模型相比，各方面性能处于国际前列（如图），特别在困扰国际模式界的几个主要问题，如热带降水分布，海洋边界层云，厄尔尼诺南方涛动（ENSO）强度和周期等方面有明显改进。未来需要改进的问题主要是南北极海冰在暖季偏少和较高的平衡气候敏感度。

采用气候模式诊断和比较计划（PCMDI）标准诊断包分析的清华大学联合地球系统模式历史模拟性能和其他CMIP5模拟的比较（全球平均）。

颜色代表模式均方根误差相对于多模式平均偏差的差异，颜色越蓝性能越好。

一个方格内的四个三角形代表春夏秋冬。第一列为清华大学联合地球系统模式，不同行表示不同的变量。