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大氣科學(英語: Atmospheric Science )，研究大氣的結構、組成、物理現象、化學反應、運動規律，是地球科學的一個分支。研究對象主要是地球以及太陽系其他行星的大氣圈。大氣研究的時空範圍很廣，空間尺度從一個城市、區城向全球擴展，研究的時間尺度則從幾天到幾年，以至幾十年不等。研究的對象主要是對流層和平流層。研究的手段有現場觀測、遙測、和數值模擬等。

大氣動力學

大氣動力學涉及觀測研究以及關於具有氣象學重要性的運動系統的理論 。這些系統包括雷暴，龍捲風，重力波，熱帶氣旋，溫帶氣旋，急流，和全球規模的環流。大氣動力學研究的目標是用基本的物理原理解釋所觀測到的環流。這些研究的目標包括改善天氣預報，發展預報季節和年際氣候波動的方法和理解人為擾動（例如，增加二氧化碳濃度或臭氧層耗竭）與全球氣候的內在關係。

大氣物理學

大氣物理學是物理學在大氣研究中的應用。大氣物理學家們試圖通過利用流體流動方程、化學模型、輻射平衡以及大氣和深層海洋的能量傳輸過程，模擬地球和其他行星的大氣層。為了模擬天氣系統，大氣物理學家利用散射理論、波的傳播模式、雲物理、統計力學和空間統計學的原理，而這些原理是高度數學化和物理相關的。大氣物理學與氣象學和氣候學都有密切聯繫，而且涵蓋設計和建造用於研究大氣的儀器，以及對它們——包括遙感儀器——提供的數據的解釋。

在英國，大氣研究建基於氣象局。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的各司監督研究項目和涉及大氣物理的天氣模擬。美國國家天文學和電離層中心還開展高層大氣研究。

大氣化學

大氣科學是對地球及其他行星大氣進行研究的一門科學。這是一個多學科研究領域，需要借鑑環境化學、物理學、氣象學、計算機模擬、海洋學、地質學、火山學以及其他學科，並涉及光化學、均相非均相反應動力學、大氣擴散理論、痕量分析化學等領域；不僅研究大氣的化學反應，還要研究大氣成分複雜的物理化學過程。

由於一些原因使得大氣組成及其化學很重要，但主要是因為與大氣和生物之間的相互作用。地球大氣組成已被人類活動改變，其中有些改變時對人類健康、作物和生態系統有害的。大氣化學之研究成果與其他領域（如氣候學）愈來愈相關聯。其中通過大氣化學研究，已解決問題的例子包括酸雨，光化學煙霧和全球變暖。大氣化學致力於找出了解這類問題的原因，並通過獲得這類問題的理論性的理解，以便試驗可能的解決方案，以及對政府政策變化的影響進行評估。

氣候學

相對於研究短期天氣系統數周的天氣學而言，氣候學則主要研究這些系統發生的頻率與趨勢。氣候學關注從多年直至千年的天氣事件的周期性，以及與大氣條件相關的長期天氣平均模式。氣候學家的研究包括：局地或區域或全球自然氣候、導致氣候變化的自然和人為因素。氣候學基本觀點是過去的氣候狀況能夠幫助預報未來的氣候變化。

氣候學關注的氣候現象包括大氣邊界層、環流模式、熱力傳輸（輻射、對流和潛熱通量）、海氣相互作用和地貌（特別是植被，土地使用和地形） 、大氣化學組成和物理結構。相關學科包括天體物理學，大氣物理學，化學，生態學，地質學，地球物理學，冰川學，水文學，海洋學，和火山學等。

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