中国科学院大气物理研究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（四大圈层）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的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”的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。创新三期确立的重点发展的六大学科领域方向是：东亚季风系统动力学；地球系统模式发展和气候预测理论；亚洲季风环境变化集成研究与有序人类活动；大气化学、大气环境变化及其预测理论；中层大气物理化学过程、气候环境遥感理论；高影响天气物理、动力与可预报性理论。
中国科学院大气物理研究所科研部门包括：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、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）、国际气候与环境科学中心、竺可桢--南森国际研究中心、中层大气与全球环境探测实验室、云降水物理与强风暴实验室、季风系统研究中心、灾害性气候研究与预测中心、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。目前，大气物理所拥有IBMP690的高性能并行计算机、联想深腾1800、SGI ORIGIN 300服务器、SGI origin 2000超级计算服务器一台、SGI origin 3400超级计算服务器二台、一座用于研究城市大气污染和大气边界层物理研究的高达325米的气象铁塔及边界层遥感探测系统和中层大气探测系统等设备。
2007年度，大气物理研究所在研项目及课题共计185项，结题项目及课题65项。在研项目中，主持国家973项目2项，承担973课题及专题13项、国家863课题及专题12项、"十一五"支撑课题及专题9项、奥运攻关课题及专题3项；国家自然科学基金项目80项，其中基金重大项目课题1项、重点项目及课题8项、杰青5项，杰青B 3项，国际重大合作3项，面上及其它项目60项；公益行业气象专项主持项目3项，参与项目6项；中科院项目及课题30项，其中院创新项目群1项，重大方向项目课题3项，院创新方向项目及课题10项、创新团队项目1项。此外，还承担了军工、部委及地方委托等课题30多项。
2007年，大气物理研究所知识创新工程工作进展顺利，科研工作取得若干重要进展，吴国雄院士主持的"海陆气相互作用及其对副热带高压和我国气候的影响"项目荣获国家自然科学二等奖，"淮河流域能量与水份循环和气象水文预报"荣获教育部科技进步一等奖，还有一项成果荣获军队科技进步一等奖，参与的 "雷电物理过程及其探测和防护研究"项目获甘肃科学技术进步二等奖，授权专利2项。全年共发表科技论文540篇，出版论著5部，其中SCI(E)收录论文249篇，EI收录论文17篇，国内核心期刊收录论文273篇，SCI(E)收录论文较2006年的225篇增加了24篇，高质量的学术论文稳步增加，影响力进一步增强。王自发研究员获得中国青年科技奖，石广玉研究员获得日本气象学会2007年度"藤原"奖，陆日宇研究员获得国家杰出青年基金，范可博士获全国优秀博士论文奖等等，另外还有一批科研、管理人员和研究生等荣获了各类奖项。
2007年，大气物理研究所国际化建设向纵深发展。"中俄大气物理联合实验室（CRLAP）" 揭牌仪式在北京举行，路甬祥院长访俄时，为联合实验室在俄方挂牌。与比利时高空大气物理研究所以及与美国俄克拉荷马大学中尺度气象研究所分别签订了合作协议。共举办了9个重要国际性学术会议，主要有"第十三届国际大气电学会议"、"第十届国际统计气候学会议"等。与美国、俄罗斯、日本、韩国、德国、挪威、法国、比利时等国家进行的国际合作项目10多项，进展顺利，重大国际合作项目--季风亚洲区域集成研究的全球变化国际计划（MAIRS）已经具备了一定国际知名度和影响力。国际组织任职方面，吴国雄院士当选国际IAMAS主席，这是国际IAMAS成立七十多年来第一位来自亚洲的主席。符淙斌院士当选太平洋科学协会新一届主席。全年外宾来访544人次，派员出访312人次。
大气物理研究所主办的刊物有：《大气科学》（中、英文版）、《大气科学进展》(英文版)和《气候与环境研究》（中文版）。其中《大气科学进展》（(英文版)）被SCIE收录，并获国家自然科学基金委员会特别资助。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、统计气象学委员会挂靠在大气物理研究所。
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