国家气候中心设置有12个部门：办公室、业务科技处（北京气候中心秘书处）、计划财务处、人事教育处（离退休干部办公室）、党委办公室（监察审计室）5个职能处室，以及气候服务室（决策服务中心气候服务室）、气候预测室（东亚季风活动中心、全球长期预报产品中心）、气象灾害风险管理室（气候灾害监测预警中心）、气候变化战略研究室、气候变化监测预估室、气候变化影响适应室、气候研究开放实验室、业务系统发展与运控室、气候模式室等9个科研业务处室，另外还设有博士后科研工作站。
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