Современные глобальные климатические модели — главный инструмент понимания будущего концентраций N₂O и их последствий для климата. Модели WACCM (Whole Atmosphere Community Climate Model) и GFDL-ESM4 (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory Earth System Model 4) являются ведущими инструментами для исследования атмосферной химии N₂O.
WACCM, разработанный Национальным центром атмосферных исследований (NCAR), охватывает атмосферу от поверхности до нижней термосферы (~140 км). Модель включает детальную химию тропосферы и стратосферы, в том числе полный цикл азотных соединений. Версия WACCM-X учитывает ионосферно-термосферные взаимодействия.
GFDL-ESM4, созданный Принстонской лабораторией, участвует в проекте CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6) — скоординированной международной программе оценки климатических моделей. В этой модели детально представлены биогеохимические циклы углерода и азота.
Для моделирования выбросов N₂O критически важны параметризации почвенных микробиологических процессов. Большинство современных моделей используют схему DNDC (DeNitrification-DeComposition) или её аналоги для расчёта эмиссии N₂O из почв в зависимости от температуры, влажности, содержания органического вещества и азотных удобрений.
Инверсионное моделирование — обратная задача: по наблюдаемым атмосферным концентрациям восстанавливаются пространственные распределения источников и поглотителей N₂O. Транспортные инверсии с использованием сети атмосферных наблюдений NOAA/ESRL позволяют ежегодно уточнять региональные бюджеты газа.
Сценарии SSP (Shared Socioeconomic Pathways) в рамках CMIP6 предсказывают различные траектории концентраций N₂O до 2100 года: от SSP1-1.9 (агрессивное снижение выбросов) до SSP5-8.5 (интенсивное использование ископаемого топлива). Разница между сценариями к 2100 году составляет около 50 ppb.