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20世纪50年代初，赵九章支持、鼓励刚从国外回来的顾震潮应用手算图解法解微分方程，从而使中国的数值预报发育成长起来，并培养一批科技力量。50年代中期，他支持应用空气动力学的风洞和先进的测试仪器研究大气湍流。在赵九章极力推动下，中国仅有的两个臭氧观测台建立了，这为研究大气中的臭氧成分打下了基础。

20世纪60年代三年困难时期，赵九章及时调整发展计划，把主要力量放到投入资金和人力较少的气象火箭，逐步开展其他高空物理探测，同时探索卫星的发展方向。60年代初期，中国科学院成功地发射了气象火箭，箭头仪器舱内的各种仪器及无线电遥测系统、电源及雷达跟踪定位系统等，都是在赵九章领导下由地球物理研究所研制的。他们还研制了“东方红1号”人造卫星使用的多普勒测速定位系统和信标机。

人造卫星事业

在中国人造地球卫星研制过程中，赵九章提出了“中国发展人造卫星要走自力更生的道路，要由小到大、由低级到高级”等重要建议，领导开创了利用气象火箭和探空火箭进行高空探测的研究，探索了卫星发展方向，筹建了环境模拟实验室和开展遥测、跟踪技术研究，组建了空间科学技术队伍。1964年，根据国内运载工具的发展提出了开展人造地球卫星研究工作的建议，在中国卫星系列发展规划和具体探测方案的制定，中国第一颗人造地球卫星、返回式卫星等总体方案的确定和关键技术的研制等诸方面做出突出贡献。他领导完成了核爆炸试验的地震观测和冲击波传播规律以及有关弹头再入大气层时的物理现象等研究课题。

地球物理科学

新中国成立后，赵九章力促把分散在各机构的一部分地震、地磁和地球物理探矿组织，以及从事这方面研究的重要科学家团结在一起，组建了中国科学院地球物理研究所。该所在赵九章主持下很快发展成为一个人才济济的科研机构。后来中国科学院大气物理研究所、兰州高原大气物理研究所、地球物理研究所和空间物理研究所，以及国家地震局地球物理研究所，在相当程度上都是以原中国科学院地球物理研究所的室、组为基础组建的，其中不少科学家都曾在原地球物理研究所学习和工作过，有的还直接受过赵九章的指导。

中国现代气象科学

新中国刚成立不久，赵九章就提出中国是个海岸线很长的国家，对海洋的研究是十分重要的，并从需要和可能出发选定海浪观测研究为突破口。赵九章在1952年就组建成立了海浪组并开展工作，开辟了中国海洋研究的一个新领域。赵九章花了很大精力亲自讲授海浪和流体动力学等课程，培训科技人员；领导建立实验室，开展海浪观测仪和波谱仪研制；积极筹划在青岛地区一个小岛上合作建立了海浪观测台，进行海底和海面的波浪观测等。到1958年，已获得八个方面的科研成果，为中国海浪预报研究作出了开创性、奠基性的重要贡献。20世纪50年代初他就指出，为进一步揭露天气变化的本质，必须广泛积累天气和气候的观测事实，利用现代科学的成就，进行分析研究，通过各个有关科学之间的相互渗透，促进气象科学的发展。50年代初，计算机的问世为天气预报从定性向定量化的发展创造了条件，他注意到这一发展方向后，在国内没有计算机的条件下，支持鼓励从国外回来的顾震潮应用手算的图解法解微分方程，并做出了24小时和48小时的天气形势预报，从而逐渐使中国的数值天气预报发育成长起来。在20世纪30年代中期以前，中国气象学基本上属于地理学范畴，描述性工作占绝大多数。

1955年，中国科学院开始招收研究生，但研究生培养工作均在各研究所里完成，没有统一的培养大纲。赵九章早年留学德国，对欧美国家的人才培养体系较为熟悉，回国后，萌生了创建中国第一所研究生院的想法。1964年2月，中国科学技术大学召开党委扩大会议，决定在北京中关村代中国科学院开办研究生院。

赵九章主持编写《高空大气物理学》课程讲义。