大氣科學

大氣科學是研究大氣的各種現象（包括人類活動對它的影響）及其演變規律，以及如何利用這些規律為人類服務的一門學科。大氣科學是地球科學的一個組成部分。它的研究對象主要是覆蓋整個地球的大氣圈。此外，還研究太陽系其他行星的大氣。大氣圈，特別是地球表面的低層大氣，以及和它相關的水圈、岩石圈、生物圈是人類賴以生存的主要環境。

大氣的各種現象及其變化過程，既可帶來雨澤和温暖，造福人類；也可造成酷暑嚴寒，以至旱澇風雹等災害，直接影響人類的生產和安全。人類在生產和生活的過程中，也不斷地影響着自然環境(包括大氣)。如何認識大氣中的各種現象，如何及時而又正確地預報未來的天氣、氣候，並對不利的天氣、氣候條件進行人工調節和防禦，是人類自古以來一直不斷探索的領域。隨着科學技術和生產的迅速發展，大氣科學在國民經濟和社會生活中的巨大作用日益顯著，其研究領域已經越出通常所稱的氣象學的範圍。

就業方向：主要就業於各級氣象部門從事天氣預報工作；海軍、空軍氣象工作；學校和科研機構；各級政府防雹救災部門等。

大氣科學研究大氣的結構、組成、物理現象、化學反應、運動規律，以及如何運用這些規律為人類服務的一門學科。它是地球科學的一個組成部分。其研究對象主要是覆蓋地球的大氣圈，以及太陽系其他行星的大氣。

覆蓋整個地球的大氣，質量約5.3×10^21 克，約佔地球總質量的百萬分之一。由於地心引力的作用，大氣質量的90%聚集在離地表15公里高度以下的大氣層內，99.9%在48公里以內。2000公里高度以上，大氣極其稀薄，逐漸向星際空間過渡，無明顯上界。大氣本身的可壓縮性、太陽輻射、地球的形狀和它的重力、地球的公轉和自轉、地球表面的海陸分佈和地形起伏、地球的演化和地球生態系統等是造成地球大氣特定組分、特定結構和特定運動狀態的主要自然條件。人類活動及其對生態因素所起的作用，是影響大氣組分、大氣結構和大氣運動的人為條件。

地球大氣的組分以氮、氧、氬為主，它們佔大氣總體積的 99.96%。其他氣體含量甚微，有二氧化碳、氪、氖、氦、甲烷、氫、一氧化碳、氙、臭氧、氡、水汽等。大氣中還懸浮着水滴、冰晶、塵埃、孢子、花粉等液態、固態微粒。太陽系的九大行星，都存在大氣 (見行星大氣)。地球大氣中的氧氣是人類賴以生存的物質基礎，氧氣的出現及其含量的變化，同地球的形成過程和生物的演化過程密切相關（見地球大氣演化）。大氣中的水汽來自江河、湖泊和海洋表面的蒸發，植物的散發，以及其他含水物質的蒸發。在夏季濕熱處（如高温的洋麪或森林），大氣中水汽含量的體積比可達4%，而冬季幹寒處（如極地），則低於0.01%。水汽隨着大氣温度發生相變，成雲致雨，成為淡水的主要資源。水的相變和水文循環過程不僅把大氣圈同水圈、岩石圈、生物圈緊密地聯繫在一起，而且對大氣運動的能量轉換和變化有重要影響（見大氣環流的能量平衡和轉換）。大氣中的二氧化碳含量受植物的光合作用、動物的呼吸作用、含碳物質的燃燒以及海水對二氧化碳的吸收作用所影響，在工業發展、化石燃料（如煤、石油、天然氣）燃量增加、森林覆蓋面積減少的情況下，已觀測到二氧化碳含量與年俱增。大氣中本來沒有或極少存在的如甲烷、一氧化二氮等氣體，由於人類活動的影響，它們的含量也迅速增加。這些有温室效應的氣體含量的變化對大氣温度的重要影響，已成為研究現代氣候變化的一個前沿課題。大氣中臭氧的含量很少，即使在離地表20～30公里的濃度最大處，其含量也不到這層大氣的十萬分之一。然而大氣臭氧層能夠大量吸收太陽紫外輻射中對生命有害的部分，起着對人類十分重要的保護作用。另外,大氣臭氧層的存在，對平流層大氣的温度也有重要作用。由於人類活動對高空光化學過程的影響會引起臭氧含量的變化，人類活動對臭氧含量影響的研究，已成為醫學界和氣象學界共同關注的問題。

地球大氣的密度、温度、壓力、組分和電磁特性等都隨高度而變化，具有多層次的結構特徵。大氣的密度和壓力一般隨高度按指數律遞減；温度、組分和電磁特性隨高度的變化不同，按各自的變化特徵可分為若干層次。

地球大氣的運動非常複雜。地球的自轉和公轉運動以及地球自轉軸的方向產生了地球上的晝夜交替、四季變化和温度自赤道向兩極遞減的規律。由於海陸分佈和地貌等的不均勻性，地表的温度並不完全按緯圈帶分佈，而呈現出非帶狀的不均勻分佈。大氣的温度、壓力和密度之間有密切的關係。大氣壓力分佈(即氣壓場)的不均勻會導致大氣的運動，大氣的運動又會引起氣壓場的重新調整。大氣的水平輻合運動和輻散運動會引起大氣在鉛直方向的上升運動和下沉運動，大氣的鉛直運動也會影響大氣的水平運動。大氣通過機械運動、熱運動等多種運動形式進行水平方向和鉛直方向的物質和能量的傳輸和轉換。整個大氣圈通過各種機制相互緊密地聯繫在一起，形成了空間尺度小至幾米以下、大至幾千公里甚至上萬公里，時間尺度短至幾秒、長至數十天或更長時間的多種大氣運動系統。在影響大氣運動的因素中，人為的因素在變化着（如工農業生產引起大氣中有温室效應的氣體增加，大面積森林砍伐等），自然的因素也在變化着（如火山爆發等引起輻射能的變化，地球自轉軸方向的變化等）。有些變化是有規律的，有些變化是無規則的。大氣的運動也就呈現出既有規律性又有隨機性的特徵。

地球大氣按温度隨高度的變化，由地表向上,依次分為對流層、平流層、中層和熱層。對流層緊鄰地表，其中温度隨高度增加而降低，平均每升高1公里約減少6.5℃，至對流層頂温度降到極小值。對流層中的對流運動顯著，是熱量鉛直輸送的主要控制因子，雲和降水主要發生在這一層。對流層頂的高度在赤道地區約18公里，中緯度地區約12公里,極地地區約8公里。平流層位於對流層之上，平流層頂離地表約50公里。平流層中的臭氧層吸收太陽紫外輻射，是使這層大氣温度隨高度增加而上升的主要因子。這層大氣温度層結非常穩定，其中的熱量鉛直輸送以輻射傳輸為主。中層位於平流層之上，中層頂離地表約85公里，層內温度隨高度增加而下降。熱層位於中層之上，熱層頂離地表約500公里。這層大氣由於吸收太陽紫外輻射，温度隨高度增加而上升。熱層頂以上為外逸層，那裏大氣已極稀薄,每立方厘米不到10個原子（海平面處每立方厘米約10個原子）。

地球大氣按組分狀況可分為勻和層和非勻和層。離地表約85公里高度以下為勻和層，層內的大氣組分比例相同，平均分子量為常數。約110公里高度以上為非勻和層，層內大氣組分按重力分離後，輕的在上，重的在下，平均分子量隨高度增加而減小。離地表 85～110公里為勻和層到非勻和層的過渡層。

地球大氣按電磁特性可分為中性層、電離層和磁層。由地表向上到 60公里高度為中性層。離地表 60公里到500～1000公里高度為電離層。離地表500～1000公里以上為磁層。電離層能反射無線電波，對電波通信極為重要。磁層是地球大氣的最外層，磁層頂是太陽風動能密度和地磁場能密度相平衡的曲面。

大氣科學是一門古老的學科。有關天氣、氣候知識起源於長久的生產勞動和社會生活的經驗之中。早在漁獵時代和農業時代，人們就逐漸積累起有關天氣、氣候變化的知識。中國在公元前 2世紀見於《淮南子·天文訓》和《逸周書·時訓解》的二十四節氣和七十二候，就是從生產和生活實踐中總結出來的，它又被用來指導農事活動。後來的工農業生產活動,軍事活動，航海、航空、航天活動，以及對海洋、冰川、高原、空間等考察的發展，都為大氣科學不斷提出新的課題，推動着大氣科學的發展。

17世紀以前，人們對大氣以及大氣中各種現象的認識是直覺的、經驗性的。17～18世紀，由於物理學和化學的發展，温度、氣壓、風和濕度等測量儀器的陸續發明,氮、氧等元素的相繼發現，為人類定量地認識大氣的組成、大氣的運動等創造了條件。於是，大氣科學研究開始由單純定性的描述進入了可以定量分析的階段。這是大氣科學發展進程中的一次飛躍。1820年，在氣壓、温度、濕度、風等氣象要素的測定和氣象觀測站網逐步建立的條件下，H.W.布蘭德斯繪製了歷史上第一張天氣圖，開創了近代天氣分析和天氣預報方法，為大氣科學向理論研究發展開闢了途徑。這是大氣科學發展史上的又一次飛躍。1835年科里奧利力的概念和1857年C.H.D.白貝羅提出的風和氣壓的關係，成為地球大氣動力學和天氣分析的基石。1920年前後，氣象學家J.皮耶克尼斯、H.索爾貝格和T.H.P.伯傑龍等提出的鋒面、氣旋和氣團學説，為天氣分析和預報1～2天以後的天氣變化奠定了理論基礎。1783年，法國J.A.C.查理製成了攜帶探測氣象要素儀器的氫氣氣球。20世紀30年代無線電探空儀開始普遍使用，這就能夠了解大氣的鉛直結構，真正三度空間的大氣科學研究從此開始。根據探空資料繪製的高空天氣圖,發現了大氣長波。1939年氣象學家C.-G.羅斯比提出了長波動力學，並由此引出了位勢渦度理論（見大氣動力方程）。這不僅使有理論依據的天氣預報期限延伸到3～4天，而且為後來的數值天氣預報和大氣環流的數值模擬開闢了道路。1946年I.朗繆爾、V.J.謝弗和B.馮內古特的“播雲”試驗，探明瞭在過冷雲中播撒固體二氧化碳或碘化銀,可以使雲中的過冷水滴冰晶化，增加雲中的冰晶數目，促進降水，從此進入了人工影響天氣的試驗階段。

大氣科學在很長的發展過程中，先是以氣候學、天氣學、大氣熱力學和動力學問題以及大氣中的聲、光、電等物理現象為主要研究內容，傳統稱為氣象學。隨着現代科學技術在氣象學中的應用，其研究範疇日益擴展。50年代以前，大氣科學雖然取得了很大的進展，但因受海洋、沙漠等人煙稀少地區缺乏資料的限制以及計算上的困難，還不能擺脱定性或半定性的研究狀態。50年代以後，各種新技術特別是電子計算機和氣象衞星的採用，大氣科學有了突飛猛進的發展，20世紀60年代以後，大氣科學術語的應用日益廣泛，大大擴充了傳統氣象學的研究內容。由於各種新技術特別是電子計算機和氣象衞星的採用，大氣科學有了突飛猛進的發展，主要表現為以下兩個方面：

①不斷採用新的探測技術，使大氣科學進入了宏觀越宏、微觀越微的新階段。由於採用氣象衞星、氣象火箭和激光、微波、紅外等遙感探測手段，對大氣的觀測能力增強了，觀測空間擴展了。氣象衞星在大氣層外探測大氣，不僅加大了觀測範圍，而且極大地豐富了觀測內容，如廣闊洋麪的温度、雲的微觀結構、大氣輻射平衡等。氣象衞星已成為現代大氣科學發展的支柱之一。

②電子計算機的使用，使大氣科學研究進入了定量實驗研究的新階段。大氣中各類過程的相互影響，以及大氣現象中的躍變形式（如颮線），都存在非常複雜的非線性問題。大型高速電子計算機的問世，為解非線性方程提供了條件。要了解幾星期、幾個月甚至一年以後的大氣可能出現的狀態，也需依靠高速計算機獲取和處理全球資料，以全球模式進行天氣預報和氣候預測。電子計算機是現代大氣科學發展的另一個支柱。

大氣科學的迅猛發展正方興未艾。隨着世界氣候計劃及其他專項計劃的執行,在常規觀測系統的基礎上，將更多地運用氣象衞星、海洋觀測衞星、多普勒雷達和各種特殊裝備的飛機等多種探測手段，以及新的大氣化學觀測和分析方法，進行各種特殊項目的觀測，如海面高度、太陽常數、雲和輻射的反饋、近海面風力、土壤濕度、碳循環等。通過以上觀測和計劃的執行，將對氣候變化和中小尺度天氣系統的精細結構及其發生發展原因有更加廣泛和深入的研究，研究成果將不斷提高對災害性天氣預報的水平，不斷預示人類活動對氣候影響的可能後果，以防患於未然。如由人類活動造成大氣中甲烷和一氧化二氮等微量氣體含量的增加而引起的大氣温室效應，據估計，可能很快達大氣中二氧化碳所引起的温室效應的一半。這些温室效應的總效果可能導致地球氣候發生很大變化。對温室效應氣體和大氣污染等問題的深入研究，使得過去有一定忽略的大氣化學的重要性越來越顯著，大氣化學將會更加迅速地發展。總之，人類生產和生活的發展,將不斷提出新的問題和要求，推動大氣科學新理論和新分支的發展。大氣科學新的發展，必將不斷提高它為生產和生活服務的能力，如提高天氣和氣候預報的準確率、為開發利用氣象資源和制定經濟政策提供更加可靠的科學依據等，其經濟效益和社會效益將不可估量。

總之，人類生產和生活的發展，將不斷向大氣科學提出新的問題和要求，推動大氣科學新理論和新分支的發展。大氣科學的新發展，必將不斷提高它為生產和生活服務的能力，如提高天氣和氣候預報的準確率，為開發利用氣候資源、制定發展戰略和經濟政策提供更加可靠的科學依據。

在地球表層，除大氣圈以外，還存在着水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈，這些圈層組成一個綜合系統。大氣圈中發生的各種變化都受其他圈層的影響；反之，大氣圈也影響着其他圈層的變化。研究大氣運動的能源，大氣中的物質循環、能量轉換和變化過程，大氣環流及天氣、氣候的分佈和變化，都必須考慮大氣圈同水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈之間的相互影響和相互作用。如：大氣運動的根本能源是太陽輻射。但大氣直接吸收的太陽輻射能僅佔到達大氣上界輻射能的19%，大部分太陽輻射能（約51%）是被地表吸收後，再通過感熱通量、潛熱通量和輻射通量方式供給大氣的。這些通量受近地層大氣狀態、地表的狀態（如海洋、陸地、植被、冰雪）及其熱力特性等所控制。又如：大氣的組分及其物理和化學性質，除受大氣內部物理、化學過程的影響外，還受水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈的影響。海洋通過水的相變、水汽通量和感熱通量過程，植被通過光合作用和散發過程，土壤通過水汽通量和感熱通量過程等影響大氣的温度、水汽和二氧化碳等的含量。火山爆發和人類活動等影響大氣中氣溶膠含量、大氣成分和輻射過程等。再如：地形起伏和植被狀況對氣流的摩擦作用，影響着地表和大氣之間的動量交換（見大氣角動量平衡）；大地形對氣流的強迫繞流和強迫爬升及下滑作用，影響着大氣的環流特徵；海陸分佈的不均勻性，影響着大氣環流和天氣、氣候的非帶狀分佈和南北半球的非對稱分佈。

大氣圈不是孤立的。在空間和時間上具有寬廣尺度譜的各種大氣現象也不是孤立的。它們種類繁多，相互疊加又相互影響。即使同一類現象，其結構也不盡相同。影響這些大氣現象的因素非常複雜，人類至今還很難在實驗室內用人工控制的方法對它們進行完整的實驗和研究。只能以大自然為實驗室，組織從局地到全球的氣象觀測網，運用多種觀測手段（如氣象衞星、氣象雷達、飛機等）對大氣現象進行長期的連續的觀測，特別是定量的觀測，以獲取資料；對有關氣候現象還需蒐集地質考查、考古發掘和歷史文獻等資料。大氣科學家們通過對大量資料的分析和綜合,提煉出量與量之間的定性的或定量的關係，歸納出典型現象的模式特徵，如鋒面、氣旋、大氣長波等，在模式的基礎上運用已知的物理學和化學的基本原理以及數學工具和計算技術進行理論上的演繹和模擬，導出新的結論。理論模式是否合理，還需回到大自然的實驗室中進行檢驗，有些理論模式還有待於新的觀測資料加以證實。經實踐檢驗的理論才可指導實踐（如指導天氣預報等）。大氣科學正是通過大自然這個實驗室，遵循觀測（實踐）—理論—觀測（實踐）這個基本法則不斷髮展，不斷為社會的生產和人類的生活服務的。

國際合作推動發展

全球大氣在不停地運動着，而且是一個整體，一個地區的大氣運動受着其他地區大氣運動的影響，不同尺度的大氣運動又相互作用着，其變化之快、變化範圍之廣、變化形式之多，是自然界突出的。為掌握大氣運動變化快、範圍廣、形式多的特徵，就必須對大氣進行連續的、高頻率的、全球性的觀測。為掌握全球大氣的各種信息，必須在站網布局、觀測項目、資料處理規範、信息傳輸等方面作出統一規劃和求得協調。全球數以萬計的為天氣預報進行觀測的氣象站，要在相同的時間、用接近相同的儀器和觀測方法，在全球各地進行同步觀測；由氣象衞星、氣象雷達等探測手段觀測的大量資料，凡用於天氣預報業務的資料還要作同步處理。這些資料都要在觀測完畢後的短短數十分鐘內迅速集中到世界氣象中心和各國的氣象中心。再加上為數更多的水文氣象站的觀測資料。資料的範圍之大、數量之多、傳遞之快是驚人的，這是自然科學中的奇觀。這一切只有通過國際間的密切合作才能實現。大氣科學研究中的這種高度分散（觀測站點）、高度集中（資料迅速集中）、高度協調（觀測站址、觀測儀器和方法）、高度合作（國際間合作）的特點，是其他學科無法比擬的。

大氣科學的研究對象──地球大氣，無論它的組分，它的結構，還是它的運動，都存在着確定性和不確定性兩個方面。這正是大氣科學研究複雜性的一面。天氣變化、氣候異常以及大氣質量變化同人類的生活和生產活動休慼相關，正確的天氣預報、氣候預測以及改善大氣污染情況對人們具有極大的迫切性，這正是大氣科學研究為人類緊迫所需的應用性的一面。這種艱鉅而有意義的科學事業不斷吸引着人們去探索地球大氣的奧秘。

大氣科學的分支學科主要有大氣探測學、氣候學、天氣學、動力氣象學、大氣物理學、大氣化學、人工影響天氣、應用氣象學等。

大氣科學的各個分支學科彼此不是孤立的，如天氣學和氣候學與動力氣象學相結合，產生了天氣動力學和物理動力氣候學。探測手段的不斷革新和痕量化學分析技術的發展，推動了對大氣的物理性質和化學性質的分析研究，促進了大氣化學的發展。尤其是大氣中二氧化碳和甲烷等微量氣體對氣候影響的日益顯著，以及大氣污染和酸雨問題的出現，不僅使人們更加認識到大氣化學在大氣科學中的重要性，而且隨着研究的深入，更認識到大氣化學過程和大氣物理過程的相互作用，從而促進了這兩個分支學科的相互結合。氣象衞星探測與天氣分析相結合產生了衞星氣象學，氣象雷達探測與雲和降水物理學相結合產生了雷達氣象學。大氣科學學科分支又分又合的過程，反映了大氣科學的不斷深入發展。

大氣科學在很長的歷史發展過程中，先是以氣候學、天氣學、大氣的熱力學和動力學問題以及大氣中的物理現象（如電象、光象、聲象）和比較一般的化學現象等方面為主要研究內容，傳統稱之為“氣象學”(meteor-ology，此詞源於希臘文meteoros和logos，意為“上空的”和“推理”)。隨着現代科學技術在氣象學中的應用，其研究範疇日益擴展,因而從20世紀60年代以來，“大氣科學”術語的應用日益廣泛，它大大擴充了傳統氣象學的研究內容。由於人類越來越認識到大氣圈與水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈之間相互作用和相互影響的重要性，要了解大氣變化過程就不能不深入到其他圈層變化過程的研究。因此，大氣科學的研究內容越來越廣泛，與其他學科之間的相互滲透也越來越深入。

系統地研究地球大氣的成分，結構和動力過程的科學。大氣科學傳統上分為氣象學、氣候學和高層大氣物理學3個領域。氣象學主要研究對流層和低平流層每日甚至每小時的天氣變化。氣候學是對大氣層某一區域長期(1個月至數百萬年)的天氣狀況的統計描述。高層大氣物理學主要研究高層大氣的物理狀態及支配過程，高層大氣是指低平流層以上的大氣區域。

是一門研究探測地球大氣中各種現象的方法和手段的學科。按探測範圍和探測手段劃分，大氣探測有地面氣象觀測、高空氣象觀測、大氣遙感、氣象雷達、氣象衞星等次一層分支。探測手段的飛躍往往帶來以往難以預計的重大發現,在大氣科學的發展進程中，大氣探測起了十分重要的作用。

是一門研究氣候的特徵、形成和演變以及氣候同人類活動相互關係的學科。研究內容主要包括氣候特徵、氣候分類、氣候區劃、氣候成因、氣候變化、氣候與人類活動的關係、氣候預報和應用氣候等。20世紀70年代以來，全世界發生幾次氣候異常，不少地區糧食產量大幅度下降，引起世人對氣候的嚴重關注。工業生產引起大氣中二氧化碳和其他有温室效應的氣體（如甲烷、一氧化二氮等）含量逐年增加，若干年後它們對地球氣候將發生什麼影響，也是非常令人關切的問題。電子計算機的採用，促進了對氣候變化物理因子和氣候模擬的研究，氣候預測已不再是虛無縹緲的難題，而已成為一個具有戰略意義的課題了。

是一門研究大氣中各種天氣現象發生發展的規律以及如何應用這些規律來製作天氣預報的學科。研究內容主要包括天氣現象、天氣系統、天氣分析和天氣預報等。氣候學和氣象學研究的成果，不但為大氣科學提供豐富的研究課題，而且還直接為國民經濟服務。

是一門應用物理學和流體力學定律及數學方法，研究大氣運動的動力和熱力過程及其相互關係的學科。研究內容主要包括大氣熱力學、大氣動力學、大氣環流、大氣湍流、數值天氣預報和數值模擬等。動力氣象學的發展對更深刻地認識大氣運動的機理、掌握天氣和氣候變化的規律有十分重要的作用，它是大氣科學的理論基礎學科。

是一門研究大氣的物理現象、物理過程及其演變規律的學科。研究內容主要包括雲和降水物理學、大氣光學、大氣電學、大氣聲學、大氣輻射學等。大氣物理學也是大氣科學中的理論基礎學科。50年代以後，也有人把動力氣象學包括在內都稱為大氣物理學。

是一門研究大氣組成和大氣化學過程的學科。研究內容主要包括大氣微量氣體及其循環、大氣氣溶膠、大氣放射性物質和降水化學等。

大氣化學是大氣科學中最活躍的分支。它涉及大氣成分的性質和變化，源和匯，化學循環以及發生在大氣中、大氣與陸地及海洋之間的化學過程。大氣化學不斷與其他學科領域進一步互相滲透融合，日益成為全人類社會迫切關注的關鍵學科領域，它所揭示的觀測事實和研究成果已經成為各國可持續發展戰略和氣候與環境變化國際公約談判的基礎。 ^[1] 

是將氣象學的原理、方法和成果應用於農業、水文、航海、航空、軍事、醫療等方面，同各個專業學科相結合而形成的邊緣性學科，也是充分開發利用氣候資源的重要領域。

大氣科學是一門古老的學科。有關天氣、氣候知識起源於長久的生產勞動和社會生活的經驗之中。早在漁獵時代和農業時代，人們就逐漸積累起有關天氣、氣候變化的知識。中國在公元前 2世紀見於《淮南子·天文訓》和《逸周書·時訓解》的二十四節氣和七十二候，就是從生產和生活實踐中總結出來的，它又被用來指導農事活動。後來的工農業生產活動,軍事活動,航海、航空、航天活動，以及對海洋、冰川、高原、空間等考察的發展，都為大氣科學不斷提出新的課題，推動着大氣科學的發展。李正禾編寫的《中國氣象學簡史》中認為，在步入近代工業革命之後，自然科學與應用技術推進了大氣科學理論的科學化和系統化，逐漸出來了天氣學、大氣動力學、氣候學諸多學科。中國近代在工業文明的衝擊下，留洋海外的氣象學家和天文學家在中央研究院的支持下，在艱難困苦的環境下對氣象學進行探索，並建立了中國的氣象學體系，併為後世氣象事業打下基礎。 ^[13-14] 

17世紀以前，人們對大氣以及大氣中各種現象的認識是直覺的、經驗性的。17～18世紀，由於物理學和化學的發展，温度、氣壓、風和濕度等測量儀器的陸續發明,氮、氧等元素的相繼發現,為人類定量地認識大氣的組成、大氣的運動等創造了條件。於是，大氣科學研究開始由單純定性的描述進入了可以定量分析的階段。這是大氣科學發展進程中的一次飛躍。1820年，在氣壓、温度、濕度、風等氣象要素的測定和氣象觀測站網逐步建立的條件下，H.W.布蘭德斯繪製了歷史上第一張天氣圖，開創了近代天氣分析和天氣預報方法，為大氣科學向理論研究發展開闢了途徑。這是大氣科學發展史上的又一次飛躍。1835年科里奧利力的概念和1857年C.H.D.白貝羅提出的風和氣壓的關係，成為地球大氣動力學和天氣分析的基石。1920年前後，氣象學家J.皮耶克尼斯、H.索爾貝格和T.H.P.伯傑龍等提出的鋒面、氣旋和氣團學説，為天氣分析和預報1～2天以後的天氣變化奠定了理論基礎。1783年，法國J.A.C.查理製成了攜帶探測氣象要素儀器的氫氣氣球。20世紀30年代無線電探空儀開始普遍使用，這就能夠了解大氣的鉛直結構，真正三度空間的大氣科學研究從此開始。根據探空資料繪製的高空天氣圖,發現了大氣長波。1939年氣象學家C.-G.羅斯比提出了長波動力學，並由此引出了位勢渦度理論（見大氣動力方程）。這不僅使有理論依據的天氣預報期限延伸到3～4天，而且為後來的數值天氣預報和大氣環流的數值模擬開闢了道路。1946年I.朗繆爾、V.J.謝弗和B.馮內古特的“播雲”試驗，探明瞭在過冷雲中播撒固體二氧化碳或碘化銀,可以使雲中的過冷水滴冰晶化,增加雲中的冰晶數目，促進降水，從此進入了人工影響天氣的試驗階段。

與其他學科的關係

大氣科學依據物理學和化學的基本原理，運用各種技術手段和數學工具，研究大氣的物理和化學特性、大氣運動的各種能量及其轉換過程、各種天氣氣候現象及其演變過程、天氣以及其他某些現象的預報方法、影響某些天氣過程的技術措施、大氣現象各種信息的觀測和獲取以及傳遞的方法和手段等。和其他學科一樣，大氣科學是同許多學科相互滲透、相互借鑑的。諸如：研究大氣運動，需同流體力學、熱力學、數學密切合作；研究太陽輻射以及太陽擾動在大氣中引起的各種機制，需同高層大氣物理學、太陽物理學和空間物理學密切合作；研究水分循環、海洋和大氣的相互作用，需同水文科學、海洋科學密切合作；研究地球大氣的演化、地球氣候的演變，需同地球化學、地質學、冰川學、海洋科學、生物學和生態學密切合作；研究大氣化學、大氣污染，需同化學、物理學、生物學和生態學密切合作；研究大氣問題的數值模擬、數值天氣預報等，需同計算數學等密切合作；研究大氣探測的手段和方法，需同有關的技術科學密切合作；在大氣探測、天氣預報等自動化的進程中，大氣科學還不斷同信息理論、系統工程等科學技術領域密切合作。在相互合作和相互滲透的過程中，大氣科學不斷汲取其他學科的養料；大氣科學特定的要求又不斷為其他學科開闢新的研究前沿，不斷豐富着其他學科的內容。

ACS aims to rapidly publish original scientific papers in all the fields of applied and/or climate atmospheric science. It covers the latest achievements and developments in the applied climate and atmospheric sciences, including but not limited to the following scopes as well as the theoretical and practical aspects of these disciplines: ^[2] 

ACS的目的是快速發佈原始科學論文，在所有領域的應用和/或氣候大氣科學,資料由美國科研出版社編輯出版。它涵蓋了最新成果和發展的氣候和大氣科學，包括但不限於下列範圍以及這些學科的理論和實踐方面：

Agricultural climatology

Air chemistry and the boundary layer, clouds and weather modification

Air quality, atmosphere & health

Applied meteorology

Atmospheric acoustics, electricity, optics, physics, radiation and sounding

Atmospheric and oceanic physics

Atmospheric and solar-terrestrial physics

Atmospheric chemistry

Atmospheric environment

Aviation climatology

Biometeorology

Building climatology and forestry climatology

Climate change and broadcast meteorology

Climate dynamics and variability

Climate policy

Clouds and precipitation physics

Cosmical meteorology

Dendroclimatology

Dynamics of atmospheres and ocean

Hydrology, oceans and atmosphere

Hydrometeorology

Marine meteorology and meteorology-associated geophysics

Medical meteorology and medical climatology

Meteorological, climatological and atmospheric environmental issues

Navigation climatology

Phenology and paleoclimatology

Polar meteorology

Radar meteorology and radio meteorology

Remote sensing

Satellite meteorology and synoptic meteorology

Theoretical and applied climatology

Tropical meteorology

Weather systems, numerical weather prediction

大氣科學專業的科研單位 ^[10] 

南京大學

國防科技大學

中國地質大學(武漢)

中國地質大學(北京)

中國農業大學

中國科學院地球與行星科學學院

中國科學院寒區旱區環境與工程研究所(已整合為西北生態資源環境研究院) ^[9] 

教育部學位中心授權發佈2012年學科評估結果 ^[3]  ，其中大氣科學，本一級學科中，全國具有“博士一級”授權的高校共7所 ，本次有6所參評；還有部分具有“博士二級”授權和碩士授權的高校參加了評估； 參評高校共計8所。 注：以下相同得分按學校代碼順序排列，以下是在大氣科學領域排名前10名的高校。 ^[4] 

國家重點學科名單

^[5] 

本科教學科目

基礎課程：高等數學、概率統計、線性代數、普通物理學、數學物理方程、流體力學、C語言程序設計、FORTRAN、地球科學概論。

專業課程：大氣科學基礎、氣候學、氣象學原理、動力氣象學、大氣探測學、雷達氣象學、衞星氣象學、中尺度氣象學、數值天氣預報、熱帶天氣學、計算方法、統計分析與預報、數據採集技術、大氣化學、環境氣象學、邊界層氣象學、天氣分析與預報、污染氣象學、應用氣象學。

主要從事大氣物理、大氣環境、大氣探測、氣象學、氣候學、應用氣象及相關學科的科研、教學、科技開發及相關管理工作。 ^[6]