创建并发展了我国云雾物理、大气电学、大气遥感、中尺度大气物理、中层大气物理和大气化学等分支学科。为我国大气科学和气象事业的发展做出了开创性的贡献。先后获国家科技进步奖一等奖1项，二等奖2项，国家自然科学奖2项，中国科学院重大成果奖二等奖1项，何梁何利基金科学与技术进步奖，全国科学大会奖和中国气象局科学技术贡献奖等。曾在国内外大气科学多个学术组织中任职，主持了国家科技攻关项目和国家攀登计划专项各1项。主持并担任三项国家自然科学基金重大项目的首席科学家。培养硕士生近70名，博士生、博士后35名。

主持并设计了全国电视天气预报动态显示业务系统，主持天气预报会商室功能设计并实施，使其首次具有数据检索、加工处理、传输分发等功能。长期从事热带气旋的预报和研究，提出了台风非对称结构对其运动影响的机理以及不同尺度环流系统相互作用对台风运动、强度和降水的影响机理，提出了有关台风路径突变机理的新论点，为国家防灾减灾作出了贡献，并推动了这一领域的国际合作和学术交流。成果多次获国家科技进步奖。

长期从事大气动力学、台风机理与气候动力学、城市大气环境等领域研究。先后任国家科技部重大研究计划首席科学家或项目实施执行人，主持实施了多项大气科学重大综合观测试验与研究计划，包括“八五”国家科技攻关项目“黄河暴雨科学试验”、国家攀登计划（B）“青藏高原影响的观测和理论”、“九五”国家科技攻关计划“农业气象灾害防御技术研究”、国家科技部“973”“首都北京及周边地区大气、水、土污染机理与调控原理”、自然科学基金西部重大研究计划及基金委重点项目“青藏高原影响与水份循环”、国家科技部计划“西北生态气候系统研究”与国家科技部中美、中日国际合作等重点项目。

研究领域为气候动力学，研究方向包括热带大尺度海气相互作用、亚洲季风变异、青藏高原气象学等。国家杰出青年基金获得者，国家创新研究群体基金获得者，首批“新世纪百千万人才工程”国家级人选。已发表学术论文200余篇，其中SCI（E）收录刊物论文101篇。先后主持国家“973”项目等19项国家及部委级科研项目。获得国家科技进步二等奖（排名第一）等8项国家及部委级学术奖项。应邀在多个国际和国内学术组织中担任重要职务，多次应邀在重要国际会议上做大会特邀报告。长期在中科院研究生院（现中国科学院大学）讲授研究生课程《高等大气动力学》和《热带地球流体动力学》并获多项教学奖。

中国工程院院士，1995年博士毕业于南京大学大地海洋科学系。先后担任中国科学院地球环境研究所研究员、副所长，中国气象局大气成分中心主任，中国气象科学研究院研究员、副院长，政府间气候变化专门委员会（IPCC）第一工作组第四次和第五次评估报告主要作者，中国气象学会大气成分委员会主任委员，工程院“大气国十条”评估、基金委、环保部、总理基金有关大气污染计划总体专家组成员。除担任沙尘暴国际计划在3个阶段的科学指导委员会主席外，还在其它3个国际学术组织-科学委员会任委员，是两个国际SCI期刊副编辑和编委。