中国科学院大气物理研究所（以下简称大气所）的前身是1928年成立的原国立中央研究院气象研究所。1950年1月，中国科学院将气象、地磁和地震等部分科研机构合并组建成立中国科学院地球物理研究所。1966年1月，根据我国气象事业发展的需要，中国科学院决定将气象研究室从地球物理研究所分出，正式成立中国科学院大气物理研究所。大气所是中国现代史上第一个研究气象科学的最高学术机构，目前已发展成为涵盖大气科学领域各分支学科的大气科学综合研究机构。
大气所主要研究大气中各种运动和物理化学过程的基本规律及其与周围环境的相互作用，特别是研究在青藏高原、热带太平洋和我国复杂陆面作用下东亚天气气候和环境的变化机理、预测理论及其探测方法，以建立“东亚气候系统”和“季风环境系统”理论体系及遥感观测体系，发展新的探测和试验手段，为天气、气候和环境的监测、预测和控制提供理论和方法。
大气所作为从事大气科学及相关领域研究的国家队，以建设国际一流的大气科学研究基地为目标，坚持面向国际科学前沿、面向国家战略需求，立足于大气科学及相关交叉领域的基础研究、应用基础研究，不断探索国际科学前沿，支撑气象、海洋、环保、农业、航空航天、水利、资源等领域的发展，积极为我国防灾减灾、环境保护、生态建设、工农业生产、人民生活等做出基础性、战略性和前瞻性的创新贡献。
大气所现设有2个国家重点实验室，2个中国科学院重点实验室，5个所级实验室和研究中心。国家重点实验室包括：大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室、大气边界层物理与大气化学国家重点实验室；院重点实验室包括：中国科学院东亚区域气候—环境重点实验室（全球变化东亚区域研究中心）、中国科学院中层大气和全球环境探测重点实验室；所级实验室和研究中心包括：国际气候与环境科学中心、竺可桢—南森国际研究中心、云降水物理与强风暴实验室、季风系统研究中心、中国生态系统研究网络大气分中心。另外还设有信息科学中心，在河北香河、兴隆和吉林通榆设有野外综合观测站。中国科学院气候变化研究中心和中国科学院减灾中心挂靠在大气所。目前，大气所拥有SGI F4000超级计算机集群服务器系统、一座用于研究城市大气污染和大气边界层物理的高325米的气象观测铁塔以及边界层遥感探测系统和中层大气探测系统等设备。
2011年，大气所进一步凝练学科目标，制定出包括一个定位、三个重大突破、五个重点培育的“一三五”规划，并获中国科学院“创新2020”首批整体择优支持，各项启动实施工作有序进行。为推进“一三五”规划的组织与实施，研究所有计划、有步骤地对“一三五”规划进行了研讨和部署，制订出可操作的组织和实施方案。
截至2011年底，大气所共有在职职工446人（项目聘用117人），其中，科研人员337人，科技支撑人员29人，包括中国科学院院士8人、第三世界科学院院士1人、欧亚科学院院士3人、研究员及正高级工程技术人员74人、副研究员及高级专业技术人员105人。共有中国科学院“百人计划”入选者21人（新增3人）、国家杰出青年科学基金获得者13人（新增1人），国家“千人计划”入选者1人。
大气所是国务院学位委员会批准的首批博士、硕士学位授予单位之一，现设有一级学科硕士、博士研究生培养点，并设有一级学科博士后流动站。截止2011年底，共有在学研究生404人，其中博士生286人、硕士生118人；有在站博士后22人。
2011年，大气所在研科研项目及课题共计534项（新增 102 项），其中，主持中国科学院首批战略性先导专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”；主持国家973项目和全球变化研究重大科学研究计划项目4项（新增2项），承担其他973课题和全球变化研究重大科学研究计划项目课题33项（新增 9 项）；国家863项目1项，课题5项，其他专题12项（新增2项）；科技支撑课题及专题24项（新增2项）；国家自然科学基金项目128项（新增 58 项），其中创新研究群体项目2项、重点项目10项、杰青4项，重大国际合作4项、两岸合作项目1项、重大研究计划1项、基金重大项目课题1项、面上及其它项目110项；主持公益行业气象专项项目12项，参与项目34项（新增5项）；主持中国科学院项目及课题50项，其他子课题125项，包括战略性先导专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”中的4个项目（占26%以上）、11个课题（占13%以上）、41个子课题（占17%以上），院创新项目群1项，院知识创新工程重大项目1项，重大项目课题1项，方向性项目22项等；此外,还承担了其它军工、部委及地方委托等课题64项（新增24项）。
2011年，大气所科研工作取得多项重要成果，“沙尘暴发生发展机理及监测预测和灾害评估研究集体”荣获2011年中国科学院杰出科技成就奖；获得国家科技进步二等奖2项：“大气环境综合立体监测技术研发、系统应用及设备产业化”，排名第三、“陆地生态系统变化观测的关键技术及其系统应用”，排名第三；获得中国人民解放军科学与技术进步一等奖1项，排名第二；获得省部级奖2项：“气候变化对中国台湾海峡及其邻近海域海洋生态系统的作用”获国家海洋创新成果一等奖，排名第二、“涡旋自组织动力学的研究及应用”获江苏省自然科学二等奖，排名第七。获国家发明专利授权4项，登记软件著作权7项，转让专利使用权1项。全年共发表科技论文638篇，其中SCI(E)收录论文367篇，EI收录论文9篇，国内核心期刊收录论文231篇。出版论著4部。叶笃正院士获首届创新方法研究会创新方法成就奖，王斌研究员获“何梁何利基金科学与技术进步奖”；周天军研究员获国家杰出青年基金，吴波博士获全国百篇优秀博士论文。
2011年，大气所与安徽省淮南市政府签订科技战略合作协议，并成立中国科学院大气物理研究所淮南研究院（淮南大气科学研究院），在开展观测研究、基础研究、应用发展研究和成果转移转化方面寻找对接点，着重于成果的转移转化；与吉林省气象局签订《科技合作协议》，确立了四个重点合作方向，继续推进研究所科技成果在业务部门的转化；研究所科技成果在企业的转化取得了实质性的进展，将“红外云天仪”专利使用权独家转让给江苏省无线电科学研究所有限公司，用于面向中国气象局业务系统云自动化观测仪器开发，有望支持中国气象系统云自动观测的高水平观测仪器应用和相关新规范制定，具有良好的商业和业务应用前景。鉴于大气所十一五期间院地合作工作取得的优异成绩，2011年6月，大气所荣获中国科学院院地合作先进集体二等奖，是院资环口唯一获此殊荣的公益性基础科学研究所。
2011年，大气所与国外机构新签署5个合作协议。与日本亚洲空气污染研究中心合作成立了国际空气质量模式研究中心（JICAM）。共举办了20个国际会议，3个海峡两岸会议。在研的国际合作项目共有30多项，如季风亚洲全球变化区域集成研究计划国际项目（MAIRS）、东亚地区气候变化的云、气溶胶、辐射地基观测研究、大气组成变化及其影响与对策研究等，均进展顺利。全年共执行161项出访任务，出访450人次，来访575人次。从国外引进“百人计划”3人，引进国外博士1人，新增外籍客座教授5人，招收外国留学生4人，新增与国外联合培养研究生21人，目前共41名。吴国雄院士当选国际科联执行局执委（ICSU），吕达仁院士当选IAMAS执行局委员，目前全所共有37个国际任职。
大气所是中国科学探险协会、太平洋科学协会中国委员会、中国气象学会动力气象学委员会、大气环境学委员会、统计气象学委员会的挂靠单位；主办的刊物有：《大气科学》（中文版）、《大气科学进展》（英文版）（SCI收录）、《气候与环境研究》（中文版）、《大气和海洋科学快报》（英文版）。
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