زمین و اقلیم
هوا، اقلیم، اقیانوس‌ها، یخ، زمین‌لرزه‌ها، سیل‌ها و آتش: سیاره به‌مثابهٔ مجموعه‌ای از معادله‌های جفت‌شده.
سیاره دستگاهی جفت‌شده از جو، اقیانوس، یخ، سنگ و زیست‌کره است. این شبیه‌سازی‌ها آن را به سلول‌های شبکه گسسته می‌کنند و در زمان به جلو انتگرال می‌گیرند. پیش‌بینی هوا آشناترین کاربرد است.
مدل‌های سامانهٔ زمین
جو، اقیانوس، یخ دریا، خشکی و چرخهٔ کربن روی یک شبکهٔ جهانی جفت می‌شوند و چند قرن اجرا می‌شوند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: سیاره زیر یک مسیر معین انتشار چقدر گرم می‌شود؟
کنار می‌گذارد: ابرها هنوز با پارامتری‌سازی نمایش داده می‌شوند، بزرگ‌ترین منبع ناهمخوانی میان مدل‌ها.
اجرا می‌شود روی: حدود 1017 FLOPS تقریبی سهم بزرگی از یک ابررایانهٔ ملی، چند ماه.از: 1969 نخستین مدل اقلیمی جفت‌شدهٔ اقیانوس-جو از ماناب و برایان.در درخت شبیه‌سازی‌ها: اقیانوس و جوِ جفت‌شده
اقلیم باستان
همین مدل‌ها روی عصرهای یخبندان و زمان ژرف اجرا می‌شوند، با قاره‌ها، مدارها و جوهای متفاوت.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: چه چیزی عصرهای یخبندان را راه انداخت، و گذشته دربارهٔ حساسیت اقلیم چه می‌گوید؟
کنار می‌گذارد: خطوط ساحلی، یخ و پوشش گیاهی باستانی از شواهد اندک بازسازی می‌شوند و سپس ورودی معلوم به شمار می‌آیند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1017 FLOPS تقریبی مشابه یک اجرای اقلیمی امروزی، سهمی از ابررایانه برای ماه‌ها.از: 1977 نخستین شبیه‌سازی GCM از اقلیم عصر یخبندان، از ماناب و هان.
ورقه‌های یخی و سطح دریا
یخچال‌ها و صفحه‌های یخ که جریان می‌یابند، آب می‌شوند و به دریا می‌ریزند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: ورقه‌های یخی در این سده با چه سرعتی می‌توانند به سطح دریا بیفزایند؟
کنار می‌گذارد: فیزیک اینکه یخ چگونه ناگهان می‌شکند و می‌لغزد هنوز ضعیف گرفته می‌شود.
اجرا می‌شود روی: حدود 1015 FLOPS تقریبی یک خوشهٔ دانشگاهی، چند روز تا چند هفته برای هر سدهٔ شبیه‌سازی‌شده.از: 1976 مدل رایانه‌ای تفاضل متناهی اولیهٔ ماهافی از یک ورقهٔ یخی.
مدل‌های ارزیابی یکپارچه
انرژی، اقتصاد، کاربری زمین و اقلیم در یک مدل به هم پیوند خورده‌اند و برای مقایسهٔ مسیرهای سیاست به کار می‌روند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: چه ترکیبی از انرژی و کاربری زمین گرمایش را زیر یک حد معین نگه می‌دارد، و با چه هزینه‌ای؟
کنار می‌گذارد: کل اقتصاد و اقلیم را به مشتی معادله کاهش می‌دهد، پس پاسخ به شدت به نرخ تنزیل برگزیده بستگی دارد.
اجرا می‌شود روی: حدود 1012 FLOPS تقریبی یک لپ‌تاپ؛ یک اجرای کامل چند ثانیه تا چند دقیقه طول می‌کشد.از: 1992 مدل DICE از نوردهاوس، نخستین مدل اقلیمی-اقتصادی پرکاربرد.
ریزمقیاس‌سازی اقلیم منطقه‌ای
خروجی درشت‌مقیاس یک مدل اقلیمی جهانی که به‌عنوان ورودی مرزی مدلی ریزتر و منطقه‌ای روی یک کشور یا رشته‌کوه به کار می‌رود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: گرمایش جهانی واقعاً برای آب‌وهوای این دره چه معنایی دارد؟
کنار می‌گذارد: سوگیری‌های هر مدل جهانی را که درونش تعبیه شده به ارث می‌برد، فقط با وضوح بالاتر.
اجرا می‌شود روی: حدود 1016 FLOPS تقریبی یک خوشهٔ ملی، چند هفته برای یک پیش‌نگری منطقه‌ای.از: 1989 نخستین مدل‌های اقلیمی منطقه‌ای تودرتو که روی محدوده‌ای محدود اجرا شدند.
زمین‌مهندسی خورشیدی
مدل‌های اقلیمی که با مداخله‌ای عمدی اجرا می‌شوند، مثل ذرات بازتابنده‌ای که به جو بالا تزریق شود، تا دیده شود چه چیز را تغییر می‌دهد.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا کاستن عمدی از نور خورشیدِ دریافتی می‌تواند گرمایش را جبران کند، و چه عوارضی دارد؟
کنار می‌گذارد: هیچ مداخلهٔ از این نوع در مقیاس بزرگ انجام نشده است، پس هر نتیجه به این بستگی دارد که مدل ذرات معلقی را که هرگز در چنین استقراری دیده نشده‌اند چقدر خوب نشان می‌دهد.
اجرا می‌شود روی: حدود 1017 FLOPS تقریبی سهم بزرگی از یک ابررایانهٔ ملی، چند ماه.از: 1992 نخستین آزمایش‌های مدل اقلیمی که مداخله‌ای فرضی شبیه آتشفشان را می‌آزمودند.
مدل‌های جهان-زمین
مدل‌های اقلیمی که به بازنمایی‌های پویای سادهٔ رفتار انسان پیوند خورده‌اند، تا انتشار، سیاست و تغییر اجتماعی به وضعیت سیاره پاسخ دهند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: نقاط واژگونی اجتماعی و بازخوردهای اقلیمی طی سده‌ها چگونه بر هم اثر می‌گذارند؟
کنار می‌گذارد: قواعد رفتاری فرضیه‌اند، و جزئیات فضایی اقلیم درشت است.
اجرا می‌شود روی: حدود 1014 FLOPS تقریبی مدل‌های با پیچیدگی کاهش‌یافته که در مجموعه‌های بزرگ اجرا می‌شونداز: 2018 Earth system modelling with complex dynamic human societies: the copan:CORE framework (2018) منبع
مدل‌های تفکیک‌کنندهٔ ابر در مقیاس جهانی
مدل‌های جوی که شبکه‌شان آن‌قدر ریز است، چند کیلومتر، که همرفت عمیق را در سراسر کره به‌صراحت نمایش می‌دهند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا می‌توان سامانه‌های ابری حاره‌ای را مستقیم شبیه‌سازی کرد، نه از راه پارامترها؟
کنار می‌گذارد: اجراها کوتاه‌اند و آشفتگی و ریزفیزیک ابر هنوز تقریب زده می‌شوند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1018 FLOPS تقریبی هفته‌ها زمان شبیه‌سازی‌شده روی بزرگ‌ترین ماشین‌هااز: 2007 A Madden-Julian oscillation event realistically simulated by a global cloud-resolving model (2007) منبعدر درخت شبیه‌سازی‌ها: مدل ابرحل‌کنندهٔ جهانی
ابرپارامتری‌سازی
مدلی کوچک و تفکیک‌کنندهٔ ابر درون هر ستون یک مدل جهانی درشت‌مقیاس جای می‌گیرد تا طرح همرفت معمول را عوض کند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا فیزیک صریح ابر می‌تواند مدل اقلیمی را بدون شبکهٔ ریز جهانی کامل بهتر کند؟
کنار می‌گذارد: مدل‌های نهفته کوچک‌اند و با ستون‌های همسایه حرف نمی‌زنند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1016 FLOPS تقریبی مدل‌های ابر دوبعدیِ جاسازی‌شده هزینه را چند برابر می‌کننداز: 2001 Coupling cloud processes with the large-scale dynamics using the cloud-resolving convection parameterization (2001) منبع
نسبت‌دادن رویداد حدی
مجموعه‌های بزرگ اجراهای اقلیمی با و بدون تأثیر انسان، شانس یک موج گرما، سیل یا طوفان مشخص را در هر جهان می‌دهند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: انتشار انسانی چقدر شانس این رویداد خاص را تغییر داد؟
کنار می‌گذارد: نتایج به این بستگی دارند که مدل نوع رویداد را در آن مقیاس چقدر خوب بازتولید می‌کند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1017 FLOPS تقریبی صدها تا هزاران عضو مجموعهاز: 2004 Human contribution to the European heatwave of 2003 (2004) منبع
مجموعه‌های فیزیک مختل‌شدهٔ محاسبه‌شده با داوطلبان
هزاران نسخه از یک مدل اقلیمی، هرکدام با پارامترهای فیزیکی اندکی متفاوت، روی رایانه‌های خانگیِ اهداشده اجرا می‌شوند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: دامنهٔ گرمایشی که با فیزیک نامطمئن مدل‌ها سازگار است چقدر گسترده است؟
کنار می‌گذارد: ساختار مدل ثابت است؛ فقط پارامترها تغییر می‌کنند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1017 FLOPS تقریبی ده‌ها هزار اجرای مدلاز: 2005 Uncertainty in predictions of the climate response to rising levels of greenhouse gases (2005) منبع
مجموعه‌های بزرگ شرایط اولیه
یک مدل اقلیمی تنها ده‌ها بار از آغازهای اندکی متفاوت اجرا می‌شود تا تغییر واداشته از تغییرپذیری درونی جدا شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: چه بخشی از یک روند منطقه‌ای نویز خود اقلیم است؟
کنار می‌گذارد: تغییرپذیری درون یک مدل را می‌گیرد، نه تفاوت میان مدل‌ها را.
اجرا می‌شود روی: حدود 1018 FLOPS تقریبی ده‌ها اجرای جفت‌شدهٔ چندقرنیاز: 2015 The CESM Large Ensemble Project (2015) منبع
شبیه‌ساز اقلیم آموخته‌شده
شبکهٔ عصبی‌ای که روی خروجی مدل‌های اقلیمی آموزش دیده جو را برای دهه‌ها یا قرن‌ها با کسری ناچیز از هزینه جلو می‌برد.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا جانشین آموزش‌دیده می‌تواند آمار اقلیم چنددهه‌ای را سریع بازتولید کند؟
کنار می‌گذارد: سوگیری‌های مدل آموزشی‌اش را به ارث می‌برد و ممکن است بیرون از اقلیم‌هایی که دیده شکست بخورد.
اجرا می‌شود روی: حدود 1015 FLOPS تقریبی آموزش روی آرشیو مدل‌ها، سپس اجراهای بلند ارزاناز: 2023 A fast, skillful learned global atmospheric model for climate prediction (2023) منبع
دوقلوهای دیجیتال سامانهٔ زمین
مدل‌های پیوسته به‌روزشدهٔ سیاره با تفکیک بالا، که با مشاهدات تغذیه می‌شوند و برای پاسخ به پرسش‌های «اگر چنین شود» برای کاربران ساخته شده‌اند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: اگر یک تصمیم یا رویداد معین رخ دهد، چه بر سر یک منطقه می‌آید؟
کنار می‌گذارد: دوقلو فقط به اندازهٔ مدل‌ها و داده‌هایش وفادار است، و سناریوهای تعاملی محدودند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1019 FLOPS تقریبی مدل‌های جهانی در مقیاس کیلومتر به‌اضافهٔ همگون‌سازیاز: 2021 The digital revolution of Earth-system science (2021) منبع
مدل اقلیم تابشی-همرفتی
ستونی منفرد از جو در تعادل میان تابش و همرفت، که برای یافتن اینکه سیاره با تغییر دی‌اکسید کربن یا رطوبت چقدر گرم می‌شود به کار می‌رود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: وقتی گاز گلخانه‌ای یک ستون هوا دو برابر شود، آن ستون چقدر گرم می‌شود؟
کنار می‌گذارد: باد، ابر و انتقال اقیانوسی ندارد، پس گرمایش مرجع می‌دهد نه پیش‌بینی.
اجرا می‌شود روی: حدود 104 FLOPS تقریبی یک ستون یک‌بعدی، روی لپ‌تاپ سریع.از: 1967 تعادل گرمایی جو با یک توزیع معین رطوبت نسبی، از ماناب و وترالد. منبع
مدل اقلیمی توازن انرژی
زمین به نوارهای عرض جغرافیایی فروکاسته می‌شود که گرما را جذب و گسیل می‌کنند و با انتقال مبادله‌اش می‌کنند، به‌اندازه‌ای که بازخورد یخ-آلبدو و جهش میان حالت‌های اقلیمی را نشان دهد.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا گسترش بی‌مهار پوشش یخی می‌تواند کل سیاره را منجمد کند؟
کنار می‌گذارد: تصویر پویایی و آب‌وهوا را نادیده می‌گیرد، پس اطلاع می‌دهد اما پیش‌بینی نمی‌کند.
اجرا می‌شود روی: حدود 103 FLOPS تقریبی چند معادله؛ چند ثانیه روی هر رایانه‌ای.از: 1969 مدل اقلیمی جهانی سلرز بر پایهٔ توازن انرژی سامانهٔ زمین-جو. منبع
مدل‌سازی پویای پوشش گیاهی و چرخهٔ کربن جهانی
گیاهان، خاک‌ها و تبادل کربنشان در سراسر کره زمین شبیه‌سازی می‌شود، و گونه‌های پوشش گیاهی با تغییر اقلیم رقابت و جابه‌جا می‌شوند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: با گرم‌شدن اقلیم، خشکی چقدر کربن جذب یا رها می‌کند؟
کنار می‌گذارد: گونه‌های گیاهی در چند رستهٔ کارکردی یکی شده‌اند و بازخورد مواد مغذی و آشفتگی خام است.
اجرا می‌شود روی: حدود 1014 FLOPS تقریبی اجراهای جهانی چندسده‌ای، اغلب روی شبکه‌ای درشت.از: 1996 مدل زیست‌کرهٔ یکپارچهٔ فولی و همکارانش از فرایندهای سطح خشکی، توازن کربن خشکی و پویایی پوشش گیاهی. منبع
شبیه‌سازی جفت‌شدهٔ چرخهٔ کربن و اقلیم
مدلی اقلیمی که چرخهٔ کربن خشکی و اقیانوس درون آن است، تا گرمایش بتواند میزان جذب کربن توسط زمین را تغییر دهد و این تغییر دوباره بر خود گرمایش اثر بگذارد.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا گرم‌شدن خشکی و اقیانوس را از جذب‌کنندهٔ کربن به منبع تبدیل می‌کند؟
کنار می‌گذارد: پاسخ کربن خشکی میان مدل‌ها به‌خاطر فرض‌های خاک و پوشش گیاهی بسیار متفاوت است.
اجرا می‌شود روی: حدود 1017 FLOPS تقریبی اجراهای اقلیمی جفت‌شدهٔ چندسده‌ای روی یک ابررایانه.از: 2000 کاکس، بتس، جونز، اسپال و توترل، شتاب گرمایش جهانی به‌خاطر بازخوردهای چرخهٔ کربن در مدل اقلیمی جفت‌شده. منبع
مدل‌سازی بوم‌سامانه و زیست‌شیمی اقیانوس
مواد مغذی، پلانکتون و خرده‌ریز که در اقیانوس برده و چرخانده می‌شوند تا بهره‌وری و کربن رسیده به اعماق پیش‌بینی شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: حیات اقیانوس چقدر کربن به اعماق دریا می‌برد؟
کنار می‌گذارد: گروه‌های پلانکتون چند محفظهٔ یکی‌شده با نرخ‌های برازش‌شده‌اند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1015 FLOPS تقریبی یک مؤلفهٔ زیست‌ژئوشیمیایی درون یک مدل گردش عمومی اقیانوس.از: 1990 مدل مبتنی بر نیتروژن فشام، داکلو و مک‌کلوی از پویایی پلانکتون در لایهٔ آمیختهٔ اقیانوسی. منبع
پارامترسازی زیرشبکهٔ آموخته‌شده
شبکهٔ عصبی‌ای که روی یک مدل تفکیک‌کنندهٔ ابر آموزش دیده، جای قواعد دست‌نویس طوفان‌ها و ابرهای بسیار ریز برای یک مدل اقلیمی جهانی درشت‌مقیاس را می‌گیرد.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا مدل اقلیمی درشت می‌تواند با یادگرفتن ابرهای ریزمقیاس از مدلی ریزتر آن‌ها را درست دربیاورد؟
کنار می‌گذارد: وقتی اقلیم از شرایط آموزشش بیرون برود، شبکه می‌تواند به حالت‌های ناپایدار یا غیرفیزیکی بلغزد.
اجرا می‌شود روی: حدود 1016 FLOPS تقریبی آموزش روی مجموعهٔ کوچکی از شبیه‌سازی‌های ریز، سپس استفادهٔ ارزان درون مدل اقلیمی.از: 2018 بازنمایی یادگیری عمیق راسپ، پریچارد و ژانتین از فرایندهای زیرشبکه در یک مدل اقلیمی. منبع
پیش‌بینی عددی هوا
جو مشاهده‌شدهٔ امروز ساعت‌ها تا روزها جلو برده می‌شود، معمولاً به‌صورت یک مجموعه از نقطه‌های آغاز اندکی متفاوت.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا پنجشنبه اینجا باران می‌بارد، و چقدر مطمئنیم؟
کنار می‌گذارد: مهارت از حدود ده روز به بعد فرومی‌ریزد، هرقدر شبکه ریز باشد.
اجرا می‌شود روی: حدود 1017 FLOPS تقریبی ابررایانهٔ یک مرکز ملی هواشناسی، چند درصد آن برای چند ساعت.از: 1950 نخستین پیش‌بینی عددی از چارنی، فیورتوفت و فون نویمان.در درخت شبیه‌سازی‌ها: نخستین پیش‌بینی رایانه‌ای
هواشناسی آموخته‌شده با یادگیری ماشین
شبکه‌های عصبی آموزش‌دیده روی دهه‌ها هوای گذشته که پیش‌بینی را در چند ثانیه می‌سازند نه چند ساعت.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا شبیه‌ساز آموخته می‌تواند به خوبی فیزیکی که روی آن آموزش دیده پیش‌بینی کند؟
کنار می‌گذارد: الگوهای هوای گذشته را می‌آموزد، پس با رویدادهای حدی‌ای که ندیده است به‌سختی کنار می‌آید.
اجرا می‌شود روی: حدود 1014 FLOPS تقریبی یک GPU پیشرفته؛ پیش‌بینی در چند ثانیه به‌جای چند ساعت.از: 2022 نخستین مدل‌های هوای آموخته که با مهارت پیش‌بینی مبتنی بر فیزیک برابری کردند.
طوفان‌های حاره‌ای
هاریکن‌ها و تایفون‌ها با وضوح بالا: مسیر، شدت و بارششان.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: طوفان کجا به خشکی می‌رسد، و چقدر قوی خواهد بود؟
کنار می‌گذارد: چشم و دیوارهٔ چشم هنوز از آن کوچک‌ترند که بیشتر مدل‌ها بتوانند درست تفکیکشان کنند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1016 FLOPS تقریبی خوشهٔ یک مرکز ملی پیش‌بینی، که برای هر توفان فعال اجرا می‌شود.از: 1969 مدل عددی اولیهٔ اویاما از رشد یک گردباد.
کیفیت هوا و پراکنش
آلاینده‌ها، دود و خاکستر آتشفشانی که باد آن‌ها را می‌برد، می‌آمیزد و از نظر شیمیایی دگرگون می‌کند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: ابر به کجا می‌رود، و تنفس یا پرواز در این هوا ایمن است؟
کنار می‌گذارد: سیاههٔ انتشار، ورودی‌ای که کل پیش‌بینی به آن بستگی دارد، اغلب قدیمی یا برآوردی است.
اجرا می‌شود روی: حدود 1014 FLOPS تقریبی ایستگاه کاری یا خوشهٔ کوچک، چند ساعت برای هر رویداد آلودگی.از: 1970 نخستین مدل‌های رایانه‌ای پلوم گاوسی برای آلودگی دودکش.
پیش‌بینی فصلی
مجموعه‌ای از اجراهای مدلی به درازای اقلیم، که از اقیانوس و جو امروز آغاز شده و شانس یک فصل کامل را نشانه می‌رود، نه هر روز تنها.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا این زمستان گرم‌تر یا مرطوب‌تر از میانگین خواهد بود؟
کنار می‌گذارد: نمی‌تواند بگوید هوا در یک روز مشخص چگونه خواهد بود، فقط اینکه شانس‌ها چگونه جابه‌جا می‌شوند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1017 FLOPS تقریبی ابررایانهٔ یک مرکز ملی پیش‌بینی، مجموعه‌ای از اجراها در هر فصل.از: 1986 نخستین پیش‌بینی‌های دینامیکی فصلی با مدل‌های جفت‌شده با اقیانوس.
توفان‌های همرفتی شدید
یک رعدوبرق یا ابرسلول منفرد، تا مقیاس بالاسو و پایین‌سویش تفکیک‌شده، تا دیده شود که گردباد پدید می‌آورد یا تگرگ درشت می‌ریزد.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا این طوفان گردباد می‌سازد، و کجا؟
کنار می‌گذارد: به شبکه‌ای آن‌قدر ریز نیاز دارد که گردباد دیده شود، و اجرای آن در هر جایی که توفانی ممکن است شکل بگیرد بسیار گران است.
اجرا می‌شود روی: حدود 1016 FLOPS تقریبی یک خوشهٔ ملی، چند ساعت برای یک توفان با تفکیک بسیار بالا.از: 1975 نخستین مدل‌های رایانه‌ای سه‌بعدی یک رعدوبرق منفرد.
پیش‌بینی هوای مجموعه‌ای مولد
یک مدل پخشی (دیفیوژن) آینده‌های محتمل بسیاری را برای دو هفتهٔ آینده نمونه‌برداری می‌کند و برای هر متغیر در مقیاس جهانی احتمال می‌دهد.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا مدل آموخته می‌تواند عدم‌قطعیت واسنجی‌شدهٔ پیش‌بینی را ارزان فراهم کند؟
کنار می‌گذارد: به داده‌های بازتحلیل وابسته است و دربارهٔ حدهای نادر هیچ تضمین فیزیکی نمی‌دهد.
اجرا می‌شود روی: حدود 1016 FLOPS تقریبی آموزش روی دهه‌ها بازتحلیل، دقیقه‌ها برای هر عضو مجموعهاز: 2023 GenCast: diffusion-based ensemble forecasting for medium-range weather (2023) منبع
پیش‌بینی هوای مجموعه‌ای
پیش‌بینی که بارها از حالت‌های آغازین اندکی متفاوت اجرا می‌شود، تا پراکندگی نشان دهد آب‌وهوا چقدر نامطمئن است و هر پیامد چقدر محتمل.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: پیش‌بینی هوا چقدر می‌تواند مطمئن باشد و به‌جایش چه می‌تواند رخ دهد؟
کنار می‌گذارد: اغتشاش‌های حالت آغازین فقط بخشی از خطای مدل را می‌گیرند، پس پراکندگی اغلب بیش از حد باریک است.
اجرا می‌شود روی: حدود 1016 FLOPS تقریبی ده‌ها پیش‌بینی جهانی در هر روز، که هر کدام اجرایی بزرگ است.از: 1974 مهارت نظری پیش‌بینی‌های مونت‌کارلو از لیث. منبع
بازتحلیل جوی
یک مدل پیش‌بینی مدرنِ ثابت که روی دهه‌ها مشاهدات گذشته اجرا می‌شود و آن‌ها را در یک ثبت یکدست و بی‌شکاف از جو درهم می‌آمیزد.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: در گذشته، در هر مکان و هر زمان، باد، دما و فشار چقدر بود؟
کنار می‌گذارد: تغییرات سامانهٔ مشاهده در طول زمان روندهای مصنوعی در ثبت بر جا می‌گذارد.
اجرا می‌شود روی: حدود 1017 FLOPS تقریبی چند دهه چرخهٔ همگون‌سازی روی یک ابررایانه.از: 1996 پروژهٔ بازتحلیل 40 ساله NCEP/NCAR از کالنای و همکارانش. منبع
شبیه‌سازی گردابهٔ بزرگ لایهٔ مرزی جوی
پایین‌ترین کیلومتر جو، که گردابه‌های آشفته گرما، رطوبت و آلاینده‌ها را می‌آمیزند، با گردابه‌های بزرگ تفکیک‌شده و کوچک‌ها مدل‌شده.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: گردابه‌های آشفته چگونه گرما و رطوبت را از زمین به بالا می‌برند؟
کنار می‌گذارد: تبادل سطحی و اختلاط زیرشبکه پارامتری شده‌اند، که دقت را نزدیک زمین محدود می‌کند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1014 FLOPS تقریبی چند کیلومتر ناحیهٔ محاسباتی با تفکیک ده‌ها متر.از: 1972 پژوهش عددی دیرداف دربارهٔ لایه‌های مرزی سیاره‌ای خنثی و ناپایدار. منبع
شبیه‌سازی تفکیک‌کنندهٔ توفان جهانی
مدلی جوی برای کل سیاره با تفکیک چند کیلومتر، تا خوشه‌های رعدوبرق و توفان‌های حاره‌ای بدون پارامتری‌سازی همرفت پدیدار شوند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: وقتی طوفان‌ها تفکیک شوند، نه تقریب زده شوند، جو چه می‌کند؟
کنار می‌گذارد: ریزفیزیک ابر و آشفتگی زیر چند کیلومتر هنوز پارامتری است، و اجراها برای مطالعهٔ اقلیم بسیار کوتاه‌اند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1019 FLOPS تقریبی هفته‌ها روی بزرگ‌ترین ماشین‌ها برای چند ماه شبیه‌سازی‌شده.از: 2008 مدل جوی بیست‌وجهی ناهیدروستاتیک ساتوه و همکارانش برای شبیه‌سازی‌های جهانی با تفکیک ابر. منبع
انتشار و انتقال غبار معدنی
باد که غبار بیابان را بلند می‌کند، از دریاها می‌گذراند و می‌نشاند، تا اثرش بر تابش، مواد مغذی اقیانوس و کیفیت هوا پیدا شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: چقدر غبار بیابان وارد هوا می‌شود و به کجا می‌رود؟
کنار می‌گذارد: آستانه‌های انتشار به ویژگی‌های خاک و سطح بستگی دارد که خوب نقشه‌برداری نشده‌اند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1014 FLOPS تقریبی یک مؤلفهٔ گردوغبار درون یک مدل جوی، در طول سال‌ها.از: 1994 مدل Tegen و Fung از غبار معدنی در جو: منبع‌ها، حمل و ضخامت نوری. منبع
مدل‌سازی توازن انرژی سطح شهری
خیابان‌ها، بام‌ها و دیوارها مثل یک دره در نظر گرفته می‌شوند که با هوا گرما، رطوبت و تکانه مبادله می‌کند، تا جزیرهٔ گرمایی شهری و نیاز خنک‌سازی ساختمان‌ها پیش‌بینی شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: چرا یک شهر از روستای اطرافش گرم‌تر است؟
کنار می‌گذارد: شهرها به دره‌هایی آرمانی فروکاسته می‌شوند، پس جزئیات ساختمان و گرمای ترافیک تقریبی است.
اجرا می‌شود روی: حدود 1012 FLOPS تقریبی یک طرح دره‌ای شهری درون یک مدل جوی، بر فراز یک کلان‌شهر.از: 2000 طرح فیزیک‌بنیاد ماسون برای بودجهٔ انرژی شهری در مدل‌های جوی. منبع
مدل‌سازی ترموسفر و یونوسفر
جو بالا در 100 تا 600 کیلومتری، که با نور خورشید و ذره‌ها گرم می‌شود، با بادها و جریان‌های الکتریکی که کشش ماهواره و سیگنال‌های رادیویی را تغییر می‌دهند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: فعالیت خورشیدی چگونه جو بالایی و انتشار امواج رادیویی را تغییر می‌دهد؟
کنار می‌گذارد: مرز پایینی و انرژی از بالا از داده‌های پراکنده تحمیل می‌شوند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1013 FLOPS تقریبی شبیه‌سازی جفت‌شدهٔ جو بالایی در طول چند روز هوای فضایی.از: 1988 مدل گردش عمومی جفت‌شدهٔ گرماسپهر/یون‌سپهر از روبل، ریدلی، ریچموند و دیکینسون. منبع
گردش اقیانوسی
جریان‌ها، گردابه‌ها، گرما و نمکی که در اقیانوس‌های جهان حرکت می‌کنند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا جریان‌های واژگونی بزرگ اقیانوس اطلس می‌توانند کند شوند؟
کنار می‌گذارد: گردابه‌هایی که گرما و کربن را می‌آمیزند بیشترشان از شبکه کوچک‌ترند، پس اثرشان باید پارامتری شود.
اجرا می‌شود روی: حدود 1016 FLOPS تقریبی یک خوشهٔ بزرگ، چند هفته برای یک اجرای چنددهه‌ای.از: 1969 نخستین مدل رایانه‌ای گردش اقیانوس جهانی از برایان.
سونامی و خیزاب طوفان
موج‌هایی که زمین‌لرزه یا طوفان برمی‌انگیزد، از اقیانوس می‌گذرند و روی ساحل بالا می‌روند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آب تا کجا بالا می‌آید و کدام خیابان‌ها اول زیر آب می‌روند؟
کنار می‌گذارد: دفاع‌های ساحلی و زهکشی معمولاً بسیار پایین‌تر از تفکیک خود بالاآمدگی ساده می‌شوند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1013 FLOPS تقریبی یک ایستگاه کاری؛ چند دقیقه برای یک اجرای هشدار ساحلی.از: 1969 نخستین آزمایش‌های عددی آیدا برای مدل‌سازی سونامی.
رودخانه‌ها و سیل‌ها
بارانی که بر یک آبخیز می‌بارد، فرو می‌رود یا به نهرها، رودخانه‌ها و دشت‌های سیلابی روان می‌شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: این طوفان چه سیلی می‌سازد و کجا؟
کنار می‌گذارد: خاک و کاربری زمین در سراسر آبخیز میانگین‌گیری می‌شوند و آن مزرعه یا آبراهه‌ای را که واقعاً سیل می‌گیرد پنهان می‌کنند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1012 FLOPS تقریبی یک لپ‌تاپ؛ اجرای یک حوضهٔ آبریز چند دقیقه طول می‌کشد.از: 1966 مدل بارش-رواناب حوضهٔ آبریز استنفورد از کرافورد و لینسلی.
آب زیرزمینی
آبی که آهسته در خاک و سنگ سفره‌های زیرزمینی حرکت می‌کند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: تا کی می‌توان از این سفرهٔ آب زیرزمینی پمپاژ کرد تا چاه‌ها خشک نشوند؟
کنار می‌گذارد: ویژگی‌های سنگ و خاک زیرسطحی از گمانه‌هایی با فاصلهٔ صدها متر نقشه می‌شود، پس بیشتر سفرهٔ آب فقط استنباط می‌شود.
اجرا می‌شود روی: حدود 1012 FLOPS تقریبی یک لپ‌تاپ یا ایستگاه کاری؛ چند دقیقه تا چند ساعت برای هر سفرهٔ آب زیرزمینی.از: 1968 مدل تفاضل متناهی اولیهٔ سفرهٔ آب زیرزمینی از پیندر و برده‌هوفت.
یخ دریا
یخ شناور روی سطح اقیانوس که زیر باد، موج و گرما ترک می‌خورد، پشته‌های فشاری می‌سازد، می‌رود و آب می‌شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: تا پایان تابستان چقدر از اقیانوس منجمد شمالی هنوز یخ‌پوش خواهد بود؟
کنار می‌گذارد: میدانی ناهمگن از تکه‌های یخ ترک‌خورده و برجسته را یک ورقهٔ پیوستهٔ هموار می‌گیرد.
اجرا می‌شود روی: حدود 1015 FLOPS تقریبی یک خوشهٔ دانشگاهی یا ملی، چند هفته با اتصال به اجرای اقیانوس.از: 1969 نخستین مدل‌های رایانه‌ای یخ دریای شناور در قطب شمال.
پیش‌بینی موج اقیانوس
باد که روی آب باز می‌وزد، موج بلند و موج کوتاه می‌سازد و هدایت می‌کند، دنبال می‌شود تا ارتفاع و جهت موج برای کشتی‌ها و سواحل پیش‌بینی شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: فردا اینجا دریا چقدر خروشان خواهد بود؟
کنار می‌گذارد: روی تندترین قله‌های در حال شکستن ضعیف عمل می‌کند، که برای ایمنی دریایی از همه مهم‌ترند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1015 FLOPS تقریبی خوشهٔ یک مرکز ملی پیش‌بینی، که چند بار در روز اجرا می‌شود.از: 1956 نخستین پیش‌بینی عددی موج به پیروی از روش‌های پیش‌بینی موج‌های بلند زمان جنگ.
مدل‌سازی سیلاب‌گرفتگی
آب رود یا طوفان که روی شبکهٔ زمین در دشت سیلابی پخش می‌شود، تا عمق و گستره برای بیمه و برنامه‌ریزی نقشه شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: در سیل کدام خیابان‌ها و مزرعه‌ها زیر آب می‌روند؟
کنار می‌گذارد: دقت زمین و هیدروگراف ورودی بر خطا غالب‌اند، نه روش‌های عددی.
اجرا می‌شود روی: حدود 1012 FLOPS تقریبی مدل‌های آب کم‌عمق دوبعدی یا شطرنجی از یک حوضهٔ رود.از: 2000 مدل سادهٔ شطرنجی بیتس و دو رو برای شبیه‌سازی سیلاب‌گرفتگی. منبع
مدل‌سازی گردش ساحلی و مصبی
جزر و مد، رودها و بادها که آب، نمک و رسوب را در خلیج‌ها و مصب‌ها روی شبکه‌ای که از شکل زمین پیروی می‌کند جابه‌جا می‌کنند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: جزر و مد و رودها چگونه آب را در امتداد یک ساحل می‌آمیزند؟
کنار می‌گذارد: خطاهای اختلاط در مقیاس کوچک و ژرفاسنجی، دقت را نزدیک ساحل محدود می‌کنند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1012 FLOPS تقریبی مدل منطقه‌ای سه‌بعدی با اجراهای یک‌ساله.از: 1987 توصیف بلومبرگ و ملور از مدل گردش سه‌بعدی اقیانوس ساحلی. منبع
مدل‌سازی زبالهٔ دریایی و رانش لاگرانژی
ذره‌های مجازی که با جریان‌های شبیه‌سازی‌شده یا مشاهده‌شدهٔ اقیانوسی حمل می‌شوند تا معلوم شود پلاستیک شناور، نفت یا لارو به کجا می‌روند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: پلاستیک‌های شناور از یک ساحل به کجا می‌رسند؟
کنار می‌گذارد: بادزدگی، رانش موج و غرق‌شدن یا تکه‌تکه‌شدن ذره‌ها ضعیف شناخته شده‌اند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1012 FLOPS تقریبی میلیون‌ها ذره که در یک سال جریان اقیانوس برده می‌شوند.از: 2012 منشأ، دینامیک و تکامل لکه‌های زبالهٔ اقیانوسی از شناورهای سطحی مشاهده‌شده، از van Sebille، England و Froyland. منبع
شبیه‌سازی مخزن نفت و گاز
نفت، گاز و آب که از منافذ یک مخزن سنگی به سوی چاه‌ها جریان می‌یابند، برای برنامه‌ریزی حفاری و پیش‌بینی میزان بازیافت.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: یک میدان چقدر نفت می‌دهد و چاه‌ها را کجا باید زد؟
کنار می‌گذارد: ویژگی‌های سنگ میان چاه‌ها از داده‌های پراکنده استنباط می‌شود، پس عدم‌قطعیت معمولاً از خطای روش‌های عددی بزرگ‌تر است.
اجرا می‌شود روی: حدود 1013 FLOPS تقریبی جریان چندفازی در یک مدل زمین‌شناختی با میلیون‌ها سلول.از: 1955 حل عددی معادلات دیفرانسیل سهمی‌گون و بیضوی از پیس‌من و رچفورد، پایهٔ شبیه‌سازهای اولیهٔ مخزن. منبع
تعدیل ایزوستاتیک یخچالی و اثر انگشت سطح دریا
برخاست دوبارهٔ پوستهٔ زمین هنگام ذوب شدن صفحه‌های یخ و بازتوزیع اقیانوس‌ها، برای پیش‌بینی تغییر منطقه‌ای تراز دریا و میدان گرانش.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: چرا با ذوب یخ، تراز دریا در برخی جاها پایین می‌رود و در برخی بالا؟
کنار می‌گذارد: گرانروی جبه زیر صفحه‌ها کم‌قید است و از منطقه‌ای به منطقه‌ای دیگر فرق می‌کند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1012 FLOPS تقریبی مدل‌های زمین ویسکوالاستیک که روی یک کره حل می‌شوند.از: 1976 محاسبهٔ فارل و کلارک از سطح دریا پس از یخچال‌ها. منبع
شبیه‌سازی ذخیرهٔ زمین‌شناختی دی‌اکسید کربن
دی‌اکسید کربن تزریق‌شده که در یک سازند سنگی شور پخش می‌شود، بالا می‌رود و حل می‌شود، و به‌دام‌افتادنش با سنگ پوشش، موینگی و واکنش‌های کانی در طول سده‌ها دنبال می‌شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آیا گاز زیر زمین می‌ماند، و به کجا می‌رود؟
کنار می‌گذارد: سنگ زیر گمانه فقط از چند چاه و پیمایش شناخته می‌شود، پس تراوایی و گسل‌ها با عدم‌قطعیت گسترده حدس زده می‌شوند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1015 FLOPS تقریبی هفته‌ها روی یک خوشه برای یک مدل در مقیاس حوضه طی هزاران سال.از: 2002 مقایسهٔ کدهای عددی دفن زمین‌شناختی CO2 در لارنس برکلی. منبع
انتقال واکنشی در زیرسطح
آبی که مواد شیمیایی را از سنگ یا خاک می‌برد در حالی که کانی‌ها حل می‌شوند، رسوب می‌کنند و یون مبادله می‌کنند، همراه با جریان حل می‌شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: شیمی و لوله‌کشی یک سفرهٔ آب زیرزمینی یا یک مخزن چگونه در طول زمان بر هم اثر می‌گذارند؟
کنار می‌گذارد: نرخ‌های واکنشی که در آزمایشگاه اندازه‌گیری شده‌اند به سنگی اعمال می‌شود که مساحت سطح واکنشی‌اش در زمین معلوم نیست.
اجرا می‌شود روی: حدود 1014 FLOPS تقریبی چند روز روی یک خوشه برای یک میدان آزمایشی سه‌بعدی.از: 1985 مدل پیوستار لیختنر برای واکنش‌های شیمیایی جفت‌شده و انتقال جرم در سامانه‌های گرمابی. منبع
همرفت جبه و تکتونیک صفحه‌ای
سنگ داغی که در صدها میلیون سال درون سیاره می‌خزد و صفحه‌های روی آن را با خود می‌برد.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: چرا زمین تکتونیک صفحه‌ای دارد در حالی که همسایه‌هایش ندارند؟
کنار می‌گذارد: میلیون‌ها سال شبیه‌سازی‌شده را هم‌زمان اجرا می‌کند، پس نمی‌تواند یک زمین‌لرزهٔ واحد را هم نشان دهد.
اجرا می‌شود روی: حدود 1015 FLOPS تقریبی یک خوشهٔ دانشگاهی، چند هفته برای یک اجرای بلند.از: 1974 نخستین مدل عددی همرفت جبه از مک‌کنزی، رابرتس و وایس.
زمین‌لرزه‌ها و امواج لرزه‌ای
گسل‌هایی که می‌گسلند و امواجی که در پوسته پخش می‌شوند و زمین را می‌لرزانند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: اگر آن گسل بشکند، این شهر چقدر شدید می‌لرزد؟
کنار می‌گذارد: نقطهٔ آغاز گسیختگی و زبری دقیق گسل هنوز فرض می‌شوند، نه از پیش دانسته.
اجرا می‌شود روی: حدود 1016 FLOPS تقریبی یک خوشهٔ ملی یا دانشگاهی، چند روز برای یک گسیختگی بزرگ گسل.از: 1968 مدل تفاضل متناهی اولیهٔ آلترمن و کارال برای موج‌های لرزه‌ای.
فوران‌های آتشفشانی و جریان‌های گدازه
ماگمایی که بالا می‌آید، فوران می‌کند و به‌صورت گدازه، خاکستر یا ابرهای داغ تندرو سرازیر می‌شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: اگر آتشفشان فوران کند، کدام روستاها در مسیرند؟
کنار می‌گذارد: نمی‌تواند پیش‌بینی کند فوران کی آغاز می‌شود، فقط اینکه پس از آغاز چه رخ می‌دهد.
اجرا می‌شود روی: حدود 1013 FLOPS تقریبی ایستگاه کاری یا خوشهٔ کوچک، چند ساعت برای هر سناریو.از: 1980 نخستین مدل‌های رایانه‌ای گدازهٔ روان از دهانه به سرازیری.
تحول چشم‌انداز
رودخانه‌ها که دره می‌بُرند، دامنه‌ها که می‌خزند و سواحل که فرسوده می‌شوند، در هزاران تا میلیون‌ها سال.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: این چشم‌انداز شکلش را از کجا گرفت؟
کنار می‌گذارد: میلیون‌ها سال را در یک اجرا فشرده می‌کند، پس هر توفان یا ریزش سنگ منفرد هموار می‌شود.
اجرا می‌شود روی: حدود 1013 FLOPS تقریبی یک ایستگاه کاری؛ چند روز برای چشم‌اندازی یک‌میلیون‌ساله.از: 1991 مدل اولیهٔ محاسبه‌شدهٔ تحول چشم‌انداز از Willgoose و همکاران.
گسترش آتش‌سوزی جنگلی
آتشی که روی سوخت، زمین و باد سلول‌به‌سلول حرکت می‌کند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: جبههٔ آتش شش ساعت دیگر کجا خواهد بود؟
کنار می‌گذارد: باد، بزرگ‌ترین عامل رفتار یک آتش واقعی، معمولاً به میانگینی ثابت ساده می‌شود.
اجرا می‌شود روی: حدود 1013 FLOPS تقریبی یک ایستگاه کاری یا لپ‌تاپ؛ چند دقیقه برای جبههٔ آتشی که گسترش می‌یابد.از: 1972 معادلات گسترش آتش راترمل، که زود برای پیش‌بینی رایانه‌ای شدند.
زمین‌لغزش و جریان آوار
دامنه‌ای از خاک، سنگ یا گل که فرو می‌ریزد و سرازیر می‌شود، و شتاب گرفتنش، گسترده شدنش و مدفون کردن زمین پایین‌دست دنبال می‌شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: این شیب وقتی فرو بریزد تا کجا و با چه سرعتی می‌رود؟
کنار می‌گذارد: لحظهٔ واقعی شکست یک شیب هنوز از آنچه پس از آن رخ می‌دهد سخت‌تر پیش‌بینی می‌شود.
اجرا می‌شود روی: حدود 1013 FLOPS تقریبی ایستگاه کاری یا خوشهٔ کوچک، چند ساعت برای هر سناریوی شیب.از: 1980 نخستین مدل‌های رایانه‌ای پیشروی دامنهٔ در حال شکست.
خطر لرزه‌ای فیزیک‌بنیاد
شبیه‌سازی گسیختگی زمین‌لرزه و انتشار موج جای قواعد تجربی تضعیف را می‌گیرد تا لرزش را در هر نقطه بدهد.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: به ازای هر گسیختگی ممکن، زمین اینجا چقدر شدید می‌لرزد؟
کنار می‌گذارد: به یک مدل سرعت شناخته‌شده نیاز دارد و بسامدهای بالا را به‌سختی می‌توان تفکیک کرد.
اجرا می‌شود روی: حدود 1018 FLOPS تقریبی سناریوهای گسیختگی بسیار، هرکدام یک شبیه‌سازی موج سه‌بعدیاز: 2010 CyberShake: a physics-based seismic hazard model for Southern California (2010) منبع
شبیه‌سازی ژئودینامو
همرفت آهن مایع در هستهٔ زمین که میدان مغناطیسی را پدید می‌آورد و نگه می‌دارد، از جمله وارونگی‌های تصادفی‌اش.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: هستهٔ زمین چگونه میدان مغناطیسی‌اش را می‌سازد و چرا وارونه می‌شود؟
کنار می‌گذارد: مقدارهای گرانروی و رسانایی با واقعیت فاصلهٔ زیادی دارند، پس جریان بسیار هموارتر از درون زمین است.
اجرا می‌شود روی: حدود 1018 FLOPS تقریبی ماه‌ها روی یک ابررایانه برای دینامویی که هنوز بسیار دور از شرایط زمین‌مانند اجرا می‌شود.از: 1995 شبیه‌سازی سه‌بعدی خودسازگار وارونگی میدان زمین‌مغناطیسی از گلاتزمایر و رابرتس. منبع
وارون‌سازی لرزه‌ای شکل موج کامل
امواج لرزه‌ای که بارها در یک مدل آزمایشی زمین اجرا می‌شوند و مدل تنظیم می‌شود تا امواج ساختگی و ثبت‌شده بخوانند، برای تصویربرداری از ساختار سنگ.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: سنگ زیر پای ما، آن‌گونه که امواجی که از آن گذشته‌اند می‌بینند، چه شکلی است؟
کنار می‌گذارد: وارون‌سازی می‌تواند روی پاسخ‌های غلط قفل شود، مگر اینکه مدل آغازین نزدیک باشد.
اجرا می‌شود روی: حدود 1017 FLOPS تقریبی هزاران شبیه‌سازی موج درون یک حلقهٔ بهینه‌سازی.از: 1984 وارون‌سازی داده‌های بازتاب لرزه‌ای در تقریب صوتی از Tarantola. منبع
انتشار موج لرزه‌ای با عنصر طیفی
امواج زمین‌لرزه که در مدلی سه‌بعدی از پوستهٔ زمین یا کل زمین با عناصر مرتبهٔ بالا که از توپوگرافی و لایه‌ها پیروی می‌کنند منتشر می‌شوند.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: موج‌ها چگونه در زمین واقعی و ناهموار پیش می‌روند؟
کنار می‌گذارد: مدل‌های زمین در ساختار ریزمقیاس و تضعیف نامطمئن‌اند، پس دوره‌های کوتاه کمتر قابل‌اعتمادند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1017 FLOPS تقریبی اجراهای کل زمین که دوره‌های چند ثانیه‌ای را تفکیک می‌کنند.از: 1998 روش المان طیفی کوماتیچ و ویلوت برای پاسخ لرزه‌ای سازه‌های دو و سه‌بعدی. منبع
شبیه‌سازی چرخهٔ زمین‌لرزه
گسلی که حرکت صفحه‌ها به‌آرامی به آن بار وارد می‌کند، با اصطکاکی که می‌چسبد و می‌لغزد؛ در چرخه‌های بسیار از انباشت آرام تنش و گسیختگی ناگهانی شبیه‌سازی می‌شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: زمین‌لرزه‌ها چگونه در طول سده‌ها روی یک گسل تکرار می‌شوند؟
کنار می‌گذارد: قانون اصطکاک آزمایشگاهی به دست آمده و به عمق‌ها و سرعت‌هایی برون‌یابی شده که هرگز اندازه‌گیری نشده‌اند.
اجرا می‌شود روی: حدود 1014 FLOPS تقریبی چرخه‌های گسل نرخ-و-حالت در هزاران سال.از: 1986 ناپایداری زمین‌لرزهٔ پوسته در ارتباط با تغییر عمقی ویژگی‌های لغزش اصطکاکی از Tse و Rice. منبع
مدل‌های تصادفی فهرست زمین‌لرزه
دنباله‌های مصنوعی زمین‌لرزه از یک مدل آماری که در آن هر لرزه احتمال پس‌لرزه را بالا می‌برد، تا خوشه‌شدن و خطر پیش‌بینی شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: پس از یک زمین‌لرزهٔ بزرگ، پس‌لرزه‌ها چقدر محتمل‌اند؟
کنار می‌گذارد: مدل خوشه‌شدن آماری را می‌گیرد، اما فیزیک تنش گسل ندارد.
اجرا می‌شود روی: حدود 106 FLOPS تقریبی فهرست‌های تصادفی ارزان‌اند و یک مجموعهٔ بلند روی ایستگاه کاری اجرا می‌شود.از: 1988 مدل‌های آماری اوگاتا برای رخداد زمین‌لرزه و تحلیل باقی‌مانده برای فرایندهای نقطه‌ای. منبع
مدل سطح زمین
تبادل آب، گرما و دی‌اکسید کربن میان خاک، گیاه و هوا، که به‌صورت یک مؤلفهٔ سطحی برای مدل‌های جو و اقلیم نوشته می‌شود.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: گیاهان و خاک چگونه گرما و آبی را که میان زمین و هوا جابه‌جا می‌شود کنترل می‌کنند؟
کنار می‌گذارد: پوشش گیاهی با چند پارامتر برای هر سلول توصیف می‌شود، و حرکت آب در خاک بسیار ساده شده است.
اجرا می‌شود روی: حدود 1012 FLOPS تقریبی یک ستون یک‌بعدی برای هر سلول شبکه درون مدل‌های اقلیمی.از: 1986 مدل زیست‌کرهٔ ساده، از سلرز، مینتز، سود و دالچر، برای استفاده درون مدل‌های گردش عمومی. منبع
مدل‌های جفت‌شدهٔ آتش و جو
جبههٔ آتش و بادی که پدید می‌آورد با هم حل می‌شوند، تا گرمای آتش هوا را به درون بکشد، جریان را عوض کند و به نوبهٔ خود شیوهٔ گسترش آتش و پرتاب جرقه و دود را تغییر دهد.
پرسشی که پاسخ می‌دهد: آتش چگونه بادی را که آن را می‌راند دوباره شکل می‌دهد؟
کنار می‌گذارد: احتراق و سوخت با قوانین نرخ ساده نمایش داده می‌شوند، پس رفتار شدید مثل آتش تاج و جرقه‌پراکنی فقط تقریبی لحاظ می‌شود.
اجرا می‌شود روی: حدود 1014 FLOPS تقریبی چند روز روی یک خوشه برای یک آتش بزرگ با تفکیک ده‌ها متر.از: 1996 مدل جفت‌شدهٔ جو-آتش کلارک، جنکینز و کوئن از دینامیک خط آتش. منبع