大气科学专业介绍

（一）学科概况

大气科学是一门古老的学科，它是以研究地球大气的结构、组成及其在不同时空尺度的运动规律、现象和人类对它的影响，并为人类服务的一门科学。

公元17世纪以前，人们对大气以及大气中各种现象的认识是经验性的。17至18世纪，随着数学、物理学和化学等学科的发展，以及测量气温、气压、风和湿度等仪器的发明，大气科学研究由定性描述进入了定量分析阶段。1835年提出的科里奥利力概念和1857年提出的风和气压的关系，成为大气动力学和天气分析的基石。19世纪90年代，由于物理学定律的引入，大气科学从流体力学中分离而成为一门独立的学科。20世纪20年代，基于气象观测建立了锋面、气旋和气团学说，为天气分析和预报奠定了理论基础。20世纪30年代，无线电探空仪在大气探测中得到了广泛的应用，使人们对大气的认识扩展到四维空间，建立了大气长波理论。20世纪40年代，大气准地转理论建立，成为大气动力学理论的核心。20世纪50年代以后，由于计算机的发明和现代大气探测手段的应用，大气科学的发展突飞猛进。计算机使大气科学进入了定量研究的新阶段。基于计算机对大气运动方程的求解，20世纪60年代创立了大气混沌理论。大气混沌理论不仅为大气可预报性提供了重要的理论基础，同时也推动了其他相关学科的发展。高性能计算机的发展，也使得数值模拟成为大气科学研究的重要手段。随着气象卫星、海洋卫星、雷达和飞机观测等多种探测手段的应用，获得了更高时间和空间分辨率的观测数据，使得大气科学的研究从天气尺度系统向更短和更长时间尺度大气系统进行延伸。一方面，数小时或更短时间尺度的强烈天气系统的研究受到极大的重视；另一方面，月际、年际、年代际甚至更长时间尺度的气候变化的研究也得到了快速发展。

20世纪70年代以来，大气科学的研究方法发生了革命性的变化。人们开始认识到，大气科学研究不能仅仅局限于大气层本身。大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈和生物圈构成了所谓的“气候系统”，五个圈层的演变及其相互作用决定着气候的变化。“气候系统”的观点为大气科学的研究带来了广阔的前景。特别是人们认识到大气的运动和变化不仅仅是一种自然过程，人类活动也会引起区域天气、气候和环境的变化。例如，南极臭氧洞的形成与人类生产和使用某些化学物质有关；人类大量排放的二氧化碳等温室气体与近百年来的全球气温升高和海平面上升密切相关。因此，近年来大气科学的研究范围在不断地扩展，除了进一步深入研究地球大气圈本身外，越来越多的研究涉及到与地球系统其他圈层以及人类活动之间的相互作用，也涉及到环境、交通、经济、政治和外交等一系列问题。

（二）学科内涵

大气科学的研究对象是地球大气及其与地球系统其他圈层以及人类活动之间的相互作用。它研究地球大气的运动和变化规律，与这种变化相联系的天气和气候的形成机理，地球系统其他圈层与人类活动对气候变化的影响，以及如何利用大气科学理论和技术为人类服务。大气运动满足质量、动量和能量守恒等基本物理规律。从这些基本规律出发，揭示发生在大气中的物理、化学现象和过程，大气运动和变化规律及其相伴随的天气及气候现象的形成与变化规律，以及如何利用这些规律为人类服务是大气科学的重要任务。同时，大气科学也与地球系统中的其他学科相结合，研究大气运动在不同时空尺度上的演变特征及其对经济社会发展的影响。因此，数学、物理学、化学以及计算科学和信息科学等是大气科学的学科基础，它们与大气科学的结合，形成了大气科学自身的学科分支：天气学、气候学、动力气象学、大气物理学、大气探测学、大气动力学、大气数值模拟与预报、大气化学等。

观测是大气科学研究的重要手段。除常规气象观测外，现代大气观测还利用大量的信息技术和其他高科技手段，地基、空基、天基构成的三维空间观测网在大气科学研究和业务预报中发挥着愈来愈重要的作用。大气科学研究的另一重要方法是利用本学科的基础理论与资料，进行分析（诊断）和理解大气运动与演变的机制与规律。从大气运动所满足的物理、化学过程以及生物活动等的基本规律出发，利用数学方法和计算机，求解大气运动方程组，对大气过程进行数值模拟，解释大气运动和变化的规律，也是大气科学的重要研究方法之一。

（三）学科范围

大气科学的主要二级学科有：气象学、大气物理学与大气环境、气候系统科学。

1.气象学：是研究大气运动的基本特征与基本规律的一门学科。它主要研究发生在大气中的各种天气现象及其演变规律、形成机理、预报的理论和方法、气候变化对天气的影响等。随着国民经济和科学技术的迅速发展，气象学在人类生产和生活中的巨大作用越来越显著，其涉及的领域也越来越宽广，它包括天气学、大气动力学、动力气象学、大气环流、中小尺度气象学、应用气象学、数值天气预报等。大气过程以及各类气象灾害直接影响人们的日常生活和生命财产安全以及各种社会经济活动。所以，正确认识大气变化过程的规律，不断提高预报能力、为防灾减灾服务是本学科的主要任务。

气象学的理论基础是天气学、动力气象学、大气环流理论以及应用气象学的基本理论；研究方法主要是采用观测分析、理论研究、数值模拟等相结合的方法。在掌握上述理论和研究方法的基础上，通过研究和探索，揭示大气中各种天气现象的形成机制及其演变规律，对天气现象进行预报和做出预警。

气象学的研究范围主要包括天气系统的观测、诊断、模拟、预测和理论研究；气候变化及其对天气的影响，中小尺度系统气象学，大气动力学，数值天气预报，灾害天气的机理研究及其观测方法和预警技术，雷达气象学，卫星气象学，以及气象学在其他领域的应用研究。

2.大气物理学与大气环境：以大气现象和过程的物理及化学性质及其演变规律为研究对象，应用物理学和化学的基本原理，结合大气探测技术和科学实验，研究大气中各种宏微观物理和化学过程及其相互作用，探讨大气中的各种物理现象以及大气成分的源与汇，及其在大气中输送、扩散、沉积和转化等物理、化学过程，揭示上述各种物理、化学过程与天气和气候的相互影响。

大气物理学与大气环境的理论基础是大气物理、大气化学、大气辐射、物理、化学等；在研究方法上，主要采用理论分析、实验研究，以及数值模拟相结合的方法。

大气物理学与大气环境研究的主要内容包括：大气探测和大气遥感，大气辐射，大气声、光、电物理学，云雾降水物理和化学，大气边界层，大气湍流和扩散，大气化学，大气气溶胶和其他成分，大气污染和环境评价，近地层，平流层和中层大气物理和化学过程等。

3.气候系统科学：以气候系统理论为基础，在研究气候特征、气候变化过程中考虑地球系统五大圈层（大气圈、岩石圈、水圈、冰冻圈、生物圈）之间的能量、动量、物质的输送与交换过程和人类活动的影响。从气候系统的物理量空间和时间变化、从气候系统物理、化学、生物过程，认识各种时空尺度气候的形成和演变机理、发展气候预测和气候变化预估的理论和方法。

气候系统科学的理论基础是气象学、大气物理学、大气化学、海洋学、生态学、水文学、地理学、环境科学等。

气候系统科学研究的主要内容包括：气候系统的时空特征，气候系统各圈层之间的耦合和相互作用，极端气候事件，气候监测、诊断、重建、模拟、预测和气候变化预估，人类活动对气候的影响等。

（四）培养目标

新时期研究生教育必须贯彻党和国家教育方针，坚持立德树人的根本任务，坚持质量第一，培养具有家国情怀和德、智、体、美、劳全面发展的高层次人才。具体为：

1.硕士培养目标：

（1）掌握马克思主义、毛泽东思想、邓小平理论的基本原理和习近平新时代中国特色社会思想，坚持四项基本原则，热爱祖国、遵纪守法、品德优良；崇尚科学、坚持真理、学风严谨，具有实事求是、不断追求、勇于创造的科学精神。

（2）掌握本学科坚实的基础理论和系统的专业知识，大致了解本学科的发展历史、现状和学科前沿，基本上具备独立开展科学研究的能力。

（3）较为熟练地掌握一门外国语（一般为英语），能进行听、说、读、写和国际学术交流

（4）有健康的体魄和良好的心理素质，具有深厚的家国情怀和高度的社会责任感，成为德智体美劳全面发展的建设者和接班人。

2.博士培养目标：

（1）掌握马克思主义、毛泽东思想、邓小平理论的基本原理和习近平新时代中国特色社会主义思想，坚持四项基本原则，热爱祖国、遵纪守法，品德优良；崇尚科学、坚持真理、学风严谨，具有实事求是、不断追求、勇于创造的科学精神。

（2）掌握本学科坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识，熟知本学科的现状、发展方向和国际前沿，具有独立从事高水平科学研究工作的能力，在科学研究或技术上做出创新性的成果。

（3）至少熟练掌握一门外国语（一般为英语），能熟悉地阅读本专业外文资料，能用外语撰写学术论文，并具有良好的听、说、读、写和国际学术交流能力。

（4）有健康的体魄和良好的心理素质，具有深厚的家国情怀和高度的社会责任感、成为德智体美劳全面发展的建设者和接班人。

（五）相关学科

数学、物理学、力学、化学、计算机科学与技术、信息与通信工程、地理学、生态学、海洋科学、环境科学与工程、地质学等。

硕士学位基本要求

（一）获得硕士学位应掌握的基本知识

硕士生应通过本专业相关领域课程的学习和科学研究，掌握大气科学的基础理论、技术和方法，了解所研究领域的发展历史、现状和最新动态，具有扎实的数理基础，掌握数值计算的基本技能；同时，要对相应的观测资料和有关绘图软件有充分的了解，并在导师的指导下能够开展与本学科有关的研究工作或技术工作。

（二）获得硕士学位应具备的基本素质

1.学术素养

应熟悉本学科的基本理论和主攻方向的最新进展，掌握相关学科，尤其是与自己主攻方向联系密切的学科基本知识并得到一定程度的科研训练，能初步解决科学或技术问题。此外，应有一定的资料分析、理论应用等学术素养，应具有家国情怀、社会责任感、良好的团队精神，尊重他人的学术思想和研究成果，具有创新意识，崇尚实事求是的科学精神。

2.学术道德

严格遵守国家的法律法规及相关规章制度，遵守共同的学术道德规范和国家有关保密法律和规章制度，不侵犯他人知识产权，在成果署名、论著引用、数据收集和使用等方面尊重事实、尊重他人的研究成果、尊重他人的学术贡献，遵守学术规范，抵制学术腐败。

（三）获得硕士学位应具备的基本学术能力

1.获取知识的能力

能够通过课程修读、文献阅读和学术交流等方式获取自己开展学术研究所需的知识和方法。

2.科学研究能力。

能够对研究领域的成果进行客观的鉴别，汲取其中精华，能针对某一科学问题设计合理的研究方案、具有大气科学研究中的观测资料分析、理论研究、数值计算和模拟等方面的能力，能对研究过程中遇到的问题进行准确处理和分析并形成结论。此外，还应具备在大气科学学科各方向之间、大气科学与其他相关学科之间从事交叉领域研究的基本能力。

3.实践能力

能够独立开展科学研究工作，具有团队合作精神，能够与他人合作开展科学研究工作。

4.学术交流能力

应具有良好的学术表达和交流能力，能够与国内外同行进行口头和文字上的学术交流，可以在学术会议和期刊上顺利表达学术思想，展示研究成果。

5.其他能力

应该热爱祖国、热爱科学事业、拥有健康的心智和正确面对学术研究中挫折和困难的能力。有良好的团队合作意识和一定的助研、助教的职业发展能力。

（四）学位论文基本要求

1.规范性要求

论文内容应立论正确，数据资料真实可靠，研究方案设计合理，数学推导严谨，文字简练，科学问题阐述清楚，具体内容应包含如下部分：

（1）摘要：为论文内容的简短陈述，说明研究工作的目的、研究方法、和主要结论。

（2）关键词：从论文中提取出来用以表示论文主题内容信息的主要术语。

（3）引言（或绪论）：对前人工作进行综合评述，说明研究工作的目的、范围、研究设想、预期结果和意义等。

（4）正文：论文的核心部分，包括研究方案、方法设计、数据资料说明、数学推导、结果分析等。

（5）结论和讨论：对论文的研究内容进行准确、完整的总结，给出主要结果和结论，指出论文研究成果的学术或实际应用价值，并提出研究中尚待解决的问题及相应的建议、设想等。

（6）参考文献。

（7）致谢。

（8）附录。

2.质量要求

硕士学位论文应该在了解本研究方向国内外发展动向的基础上突出自己对所研究课题的新见解或新成果，并对本学科或实际业务工作发展工作具有一定意义，表明作者具有良好的专业理论基础和系统的学科知识，具有从事学术研究或担负专门技术工作的能力。论文内容应立论正确；数据资料真实可靠；试验设计合理；数学推导严谨；科学问题阐述清楚，文字简练，图表规范，引文正确，写作规范，结论可信。