空气质量预报和数值天气预报是重要的数值模拟研究工具，紧密依赖于信息科学的进步和数值方法的革新，空气质量预报和数值天气预报模式系统是高影响天气预测、空气质量状况预测和潜在重污染事件预警的关键平台，对于实现美丽中国和宜居大气的建设具有重要的参考价值，其研发对于我国的防灾减灾工作和可持续发展具有重要的指导意义。

　　实验室与英国帝国理工学院地球科学与工程系C. Pain教授课题组、剑桥大学应用数学与理论物理系P. Linden教授课题组和中科院城市环境研究所合作，研发下一代三维动态自适应网格大气模式Fluidity-Atmosphere，模式的动力框架已基本完成，通过多组理想试验验证了模式的性能，自适应网格降低了地形追随坐标中常见的地形表征计算误差，并有效地提高模式的计算效率，相关成果发表在Meteorology and Atmospheric Physics杂志;通过设计一套适用于自适应网格的格点索引系数实现了Fluidity-Atmosphere模式非规则网格与现有物理过程和大气化学模块的耦合，结合动态自适应追踪模拟技术实现对大气复合污染传输过程的精细刻画，相关成果发表在Atmospheric Environment杂志。

　　2020年新冠病毒肆虐全球，严重影响了全球经济的发展和人民生产生活的有序进行，为了探究气溶胶浓度对新冠病毒传播的影响，我们采用三维动态自适应模式以英国伦敦国王十字火车站及其周边区域为研究对象，以University College Hospital(UCH)作为病毒的排放源，结合三月份伦敦的月平均风速场，研究了UCH医院排放的新冠病毒在周边人流密集的火车站附近的传播速度和模拟效果。试验结果表明：由于UCH医院地区存在较强的大气湍流，新冠病毒以气溶胶为载体能够传播到距离UCH医院6~500米的区域范围，但是病毒大部分都被集中在距离UCH医院不到50米的范围内，因此建议任何出门在外前往人流密集区域的人依旧要保持社交距离并带好口罩，相关成果发表在Physics of Fluids杂志。

　　为进一步提高大气模式动力框架的性能，与德国赫姆霍茨研究院气候服务中心Jürgen Steppeler研究员合作研发高阶局地Galerkin稀疏网格数值方案(LG-onom)，在保证同阶谱元数值方案计算精度的同时，提高了数值方案的计算效率，扩大了时间步长，进一步研发了网格长宽比最优的Semi-Platonic球面数值计算网格，为将LG-onom应用到球面网格和提高模式计算效率奠定了基础，上述研究成果总结在Springer大气科学系列专著Mathematics of Weather，部分成果发表在Journal of Meteorological Society in Japan杂志。

图为三维过山波的垂直速度等值线图和自适应网格分布。(a)y=30km处的垂直截面等值线图(等值线区间为0.25m/s)，(b)为z=2km处的水平截面等值线图(等值线区间为0.1m/s)，(c)和(d)为(a)和(b)对应区域的自适应网格分布。

图为英国伦敦国王十字火车站附近University College Hospital(UCH)作为病毒的排放源的病毒浓度等值线图(单位：copies/m3)。(a)垂直视角下的病毒浓度等值线图全景，(b)z=25m处的水平截面的病毒浓度等值线图，(c)和(d)为垂直截面P2和P3处的病毒浓度等值线分布图。

图为大气科学系列专著Mathematics of Weather的目录