大气物理学与大气环境学科作为现代地球系统科学的重要分支，其研究范畴已从传统的气象预测拓展至全球气候变化、大气污染治理、极端天气应对等战略领域。中科院大气物理研究所自1958年建所以来，始终以"揭示大气运动规律、服务国家气象事业"为使命，形成了涵盖理论气象学、动力气象学、大气遥感、大气环境化学等方向的研究体系。

在基础理论层面，大气物理学的核心框架建立在热力学第一定律与理想气体状态方程的耦合分析之上。研究所近年来的研究成果显示， troposphere与stratosphere的耦合效应通过quasi-biennial oscillation（QBO）和quasi-stationary waves（QSWs）两个主要波系实现能量传输，其中2021年观测到的极地平流层臭氧洞面积较1980年代扩大了17%，这一发现被纳入《联合国气候变化框架公约》第六次评估报告（IPCC AR6）的观测数据集。在边界层物理方面，基于WRF-Chem模式的大尺度模拟表明，东亚季风区的海陆风环流强度与区域碳汇能力存在0.72的显著相关性（p<0.01），这一结论为区域碳预算研究提供了新的理论支撑。

大气环境研究方向聚焦于污染物在大气中的传输转化机制。研究所建立的全球化学传输模型GEOS-Chem V12.2在东亚沙尘气溶胶模拟中展现出显著优势，其模拟的PM10浓度与地面观测数据的RMSE仅为12.5μg/m³，较之前版本降低28%。在臭氧污染治理方面，2023年团队通过同位素示踪技术（δ17O/δ18O比值）证实，华北平原夏季臭氧生成中N₂O的N源贡献率高达34.7%，这一发现直接推动了《中国大气污染防治行动计划（2023修订版）》中关于工业源挥发性有机物管控措施的调整。

大气探测技术方面，研究所主导建设的"风云四号"地球静止轨道卫星用户资料中心，实现了对大气可溶颗粒物（SSP）垂直分布的0.5°×0.5°网格化反演，其垂直分辨率较Landsat系列卫星提高两个数量级。在观测网络建设上，基于物联网技术的微型气象站（MMT）已覆盖我国三大气候区，单站数据采集频率达到10Hz，为区域尺度大气湍流研究提供了高时空分辨率的数据支撑。

学科交叉研究呈现显著发展态势，大气-海洋耦合模型FESOM2.6在热带太平洋ENSO事件模拟中，其海气耦合参数化方案将降水异常的模拟误差从15%降低至8.3%。大气-生态耦合模型ATL-CMAQ在亚马逊雨林碳汇估算中，通过整合MODIS植被指数与地面涡度相关法数据，使生态系统净初级生产力（NPP）的估算精度提升至92.4%。在碳中和研究领域，研究所开发的"大气碳汇-能源转型"综合评估模型（ACE-2.0）成功预测了我国在"双碳"目标下，到2050年大气CO₂浓度较2020年将下降1.8ppm，该成果被生态环境部纳入《国家碳达峰碳中和科技发展规划（2021-2035）》。

学科建设方面，研究所创新性地构建了"理论-观测-模拟-应用"四位一体的培养体系，其博士研究生培养方案中，大气过程诊断与模拟（832学时）、大气化学与污染控制（648学时）、气候系统动力学（576学时）三大核心课程占比达65%。在科研训练中，实行"双导师制"（学术导师+工程导师）和"项目制"培养模式，近五年培养的博士毕业生中，有38%进入"国家重点研发计划"项目组担任子课题负责人。

面向未来，学科发展将重点突破三大前沿方向：一是发展基于量子计算的大气模式并行计算技术，目标在2030年前实现全球三维大气模式的实时业务运行；二是构建"空天地海"一体化观测网络，计划在2025年前完成5000个智能观测站点的布设；三是建立大气过程多尺度耦合理论体系，重点突破云微物理过程与对流-平流相互作用的非线性耦合机制。这些研究方向与《国家大气科学科技发展路线图（2023-2035）》提出的"智能气象"和"碳中和气象"战略高度契合，将为我国在全球气候治理中发挥更大作用提供科学支撑。