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大氣科學，一門兼容理論與應用的學科，是地球環境科學領域中重要的一環。研究大氣的物理、化學與動力性質，包括大氣的狀態、現象與變化，并進而利用這些科學知識對大氣環境進行預測及改造。此外，大氣科學還包括大氣與地面、海面、及生物圈之間的相互作用。在環境科學、海洋學、人類活動及日常生活等各方面都有廣泛的應用。

大氣科學系的前身是清華大學氣象系；1952年并入北京大學物理系為氣象專業；1958年成為北大地球物理系的大氣物理學和天氣動力學兩個專業，1998年合并為大氣科學專業；從2001年5月18日正式成為北京大學物理學院下轄的大氣科學系。本系下設的兩個二級學科大氣物理學與大氣環境、氣象學是國家重點學科。現有2位院士，10位教授，和一批年輕的副教授。大氣科學系是我國當前大氣科學領域唯一的大氣科學國家基礎人才培養基地，設置齊全，兼有中韓大氣研究中心等研究機構和大氣科學博士后流動站。是大氣物理學與大氣環境碩士和博士學位授予點、氣象學碩士和博士學位授予點，是培育大氣科學專業人才的搖籃。

除了數理基礎訓練和在大氣中的應用學習外，本系著重計算機、信息、環境等相關領域的發展，向廣大同學提供了自由而健全的發展方向，為國內高校大氣科學研究中的佼佼者。許多學生因此而到國外繼續進修深造。本系畢業學生有5位科學院院士，2位工程院院士。許多學生畢業后擔任國家或省市氣象局局長，和其他行政、科研部門的負責人等重要職務。目前，因應學科整合調整的需要，本專業的教育遠景朝向培養具有宏觀視野的人才，除具備堅實的數理基礎和大氣科學專業知識外，并能對整個環境及地球系統有深刻了解，為人類可持續發展、全球變化及未知世界開創新局面。

目前，大氣物理學與大氣環境學科開展的研究和研究生培養方向主要有：大氣遙感與大氣輻射；中尺度大氣物理與區域環境；云降水物理學與人工影響天氣氣候；大氣邊界層物理和環境生態；雷達氣象學；大氣邊界層和湍流等。

目前，氣象學學科開展的研究和研究生培養方向主要有：大氣動力學和非線性波動；季風氣候和海氣相互作用；中尺度高影響天氣的觀測與機理研究；數值天氣預報；資料同化；氣候動力學；海洋環流模擬；氣象信息反演方法及其科學視算等。

研究人員及其研究方向、聯系方式如下：