非线性大气动力学（nonlinear atmospheric dynamics），理学-大气科学-动力气象学-非线性大气动力学，应用非线性科学的理论和方法研究大气运动的一门学科。是动力气象学发展的一个重要分支。20世纪50年代末，美国著名气象学家E.N.洛伦茨[注]在通过数值方法研究一个包含了12个常微分方程的方程组时发现，方程组的解具有非周期的性质，表明线性统计回归的方法并不能对大气现象进行很好的预测。1961年，他在研究该系统中某个解的具体性质时发现，初始输入数据的精度会使计算结果产生很大差异，这使他意识到动力系统对初始条件的敏感性有可能使长时间精确的天气预报无法实现。后来，他证明了一般条件下，动力系统对初始条件的敏感性和系统解的非周期性有着紧密的联系，并最终促使他在1963年提出混沌理论。混沌现象的发现表明非线性过程在大气过程中具有重要的作用，非线性大气动力学也就由此产生。大气运动受一组复杂的动量、质量和能量的非线性方程控制，因此大气运动本质上是非线性的运动。