中国科学院大气物理研究所科研部门根据2015年8月研究所官网显示，大气所设有2个国家重点实验室，3个中国科学院重点实验室，4个所级实验室和研究中心；另外还设有所公共技术服务中心和低层大气探测部；在河北香河、兴隆、安徽淮南、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
国家重点实验室：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）、中国科学院中层大气和全球环境探测重点实验室、中国科学院云降水物理与强风暴重点实验室所级实验室和研究中心：国际气候与环境科学中心、竺可桢—南森国际研究中心、季风系统研究中心、中国生态系统研究网络大气分中心
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