下设5个科级机构：办公室、城市边界层与大气环境研究所、城市气象精细预报研究中心、城市气候与生态发展研究中心、成果转化中试基地。设立学术委员会和国际科学指导委员会，负责在科学技术层面对北京城市气象研究院目标规划、核心技术定位、重大事项决策提供咨询服务。
瞄准城市气象科技国际前沿，建设国内一流的城市气象研究机构。承担城市气象学科建设和城市气象应用基础研究；承担城市气象精细预报应用研究与技术研发，承担城市边界层与大气环境研究，承担城市气候与生态发展科学研究与咨询；承担城市气象科技成果转化和预报技术中试；承办上级交办的其他工作。
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