気候システムモデルの開発、特に物理過程の改良に取り組みます．地球温暖化予測に重要な役割を果たす雲とエアロゾルの関係や，氷床変動の力学，古気候のダイナミクスなど気候モデルを用いて調べます。

積雲対流のパラメタリゼーションや，高分解能の次世代大気大循環モデル（下図）を開発し，大気化学過程のモデリングの研究，また，オゾン破壊の今後の予測や東アジアの広域汚染などの環境問題の研究などを行います．

海洋大循環や物質循環の成因，およびそれらと気候の関わりについて，ミクロからマクロまで様々な海洋現象に対する物理・化学・生物過程の数値モデリングを通して研究を行います．また，過去の気候変動と海洋との関わりを調べるための古海洋モデリングを行います．

気候システムモデルによる長期シミュレーション（下図）のデータ及び観測された気候データを用いて，異常天候やエルニーニョ，十年規模変動などの気候システムの変動の仕組みや予測可能性について研究します．

雲や雨の物理から、エルニーニョ，地球温暖化に伴う気候変動まで，マルチスケールで相互作用する気候の仕組みを、人工衛星によるリモートセンシングデータ，全球気象データ等の観測データや気候モデル、雲解像モデル等を用いて研究します．