五大圈层是指大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈。

千百年来，人们在感受着各个圈层中物候变化的同时，也在对自然界的经验进行总结。

基于科学的进步，科研人员已经能够总结出一部分自然变化的物理规律，并用数学公式将其定量地表述出来。

进一步将这些数理方程编写成计算机代码，就得到了对应于各个圈层的代码集合，也就是常说的“模式”。

例如大气模式本质上就是大气运动方程、连续方程、热力学能量方程的代码集合。

科技人员首先构建起描述单个圈层的模式，再通过“耦合器”将各个独自运行的模式有机地联合在一起。

耦合器就像一个庞大工厂的交换车间，其中进行着各圈层间的物质、能量交换，从而把大气、海洋、陆面等模式耦合起来，在最大程度上模拟出自然界的演变过程。

得到了数字化的“地球”后，输入某一时刻的观测数据，在超级计算机进行大规模的数值计算，科研人员就能够推演地球不同圈层的变化，由此重现地球的过去、模拟地球的现在、预测地球的未来，从而进行有针对性的“地球试验”。