Le cœur hydrodynamique ou plus simplement partie dynamique d'un GCM consiste en la discrétisation des équations primitives sur la grille horizontale. Le but de la partie dynamique réside essentiellement dans le calcul des vents, de la température, ainsi que du transport des traceurs.
En général, plusieurs approximations sont faites dans ces équations qui nous viennent de l'étude de l'atmosphère terrestre, et qui doivent être remises en cause lorsqu 'appliquées à une autre atmosphère :
- L'équilibre hydrostatique est respecté, ce qui supprime toute onde acoustique verticale. Ceci ne pose pas de problème étant donnée la résolution d'un GCM, mais peut en poser en cas de vents verticaux très puissants, comme dans la partie haute de certaines atmosphères.
- L'épaisseur de l'atmosphère est petite devant le rayon planétaire. Un cas bien connu où cette approximation atteint ses limites est Titan, qui possède une atmosphère de 500 km d'épaisseur pour un rayon de 2575 km.
- La capacité calorifique de l'atmosphère est supposée constante, alors que le cas de Vénus nous montre qu'elle peut varier de 40 % selon l'altitude.
- La composition atmosphérique, et plus particulièrement sa masse molaire, est aussi supposée constante. Ceci n'est pas vrai dans les atmosphères où un composant majeur peut condenser, comme avec le CO2 sur Mars ou le N2 sur Pluton et Triton.
- Certaines quantités sont conservées au détriment d'autres. En effet, la quantité totale de masse, de moment angulaire, d'énergie, de température potentielle, de vorticitié potentielle et de traceur devraient toutes pouvoir être conservées. Hélas, ceci ne peut être le cas en raison de la discrétisation des équations primitives et des choix doivent être faits, qui dépendent du type d'atmosphère. Sans entrer dans les détails, on peut citer le cas des atmosphères en super-rotation (Vénus, Titan) qui requièrent de favoriser la conservation du moment cinétique.
Ainsi, le cœur hydrodynamique d'une planète autre que la Terre nécessite des adaptations et des généralisations par rapport à ce qui se fait depuis plus d'un demi-siècle dans le domaine de la modélisation terrestre. L'étude des planètes du système solaire a permis de mieux cerner ces généralisations, qui aujourd'hui s'appliquent aux exoplanètes.
