随着大气污染数值模拟研究的不断发展，空气质量模式从第一代高斯烟流模型，过渡到第二代欧拉网格模型，现在已进入第三代模型的研发阶段。在“一个大气”的概念下，目前的空气质量模式，利用嵌套网格技术，可实现对城市-区域-大陆的多尺度多物种复合污染的模拟预报。但是，这种嵌套网格技术有其本身局限性:对于不同城市群或者重污染区，需分别构建不同嵌套网格进行各自模拟，无法实现真正意义上的跨（多）尺度污染模拟。为此，国外不少模式研发团队已开始探讨和发展各自的自适应网格空气质量模式，其中Garcia-Menendez等(2010)在通用多尺度空气质量模式CMAQ基础上成功研发了对应的自适应网格模式AG-CMAQ，并对实际的一次生物质燃烧事件进行了对比模拟和分析。　　本研究，基于英国帝国理工学院应用计算与建模小组研制的自适应网格流体模式Fluidity这一个开放型的模式框架，利用其先进的自适应网格算法，以中国科学院大气物理研究所自主研发的NAQPMS模式作为空气质量模式原型，将其干、湿沉降模块和起沙机制模块对应加入到Fluidity中，设计发展了一个基于有限元方法的自适应网格大气输送模式。　　针对污染平流输送，本文选取具有足够代表性和挑战性的平流理想试验，对该模式的平流方案及其自适应网格方案进行对比测试，充分验证了其各向异性自适应网格算法的优势和不可替代性:(1)随着网格分辨率逐倍提高，自适应网格方案在保证计算收敛的前提下，能有效降低计算规模，对应CPU增长速率比固定网格（即全局加密）方案的要小得多;(2)在分形涡旋流场作用下，利用各向异性自适应网格算法，能有效地模拟出污染浓度的细长结构（各向异性程度很大），实现真正意义上的多尺度污染输送模拟（能跨越4个数量级），相对于目前嵌套网格空气质量模式，极大提高了多尺度污染输送间相互作用的模拟能力。　　其次，利用模式的自适应网格技术，根据京津冀5km高分辨率SO2源强分布，构建与之相匹配的静态自适应网格，成功模拟再现了SO2在2013年1月10日至14日重污染期间的整个输送、演变过程。通过自适应网格的对比试验分析，我们发现:(1)自适应网格的整体模拟效果要比15km对照结果明显好得多，能较好地模拟出SO2分散的局地强排放特征，与5km基准结果较为接近;(2)从城市站点的整体对比看，利用自适应网格技术，确实有效地提高了对城市站点的模拟精度，能较好地逼近5km基准结果，其相关系数R能达到0.94，且平均偏差MB能有效地控制在10％;(3)从城市站点的分类对比看，随着城市周边地形不断变复杂，15km的模拟效果会显著变差:其相关系数从0.89降到0.67，平均偏差百分比NMB也从26.5％增加到73％，对应的平均偏差从-25.1μg/m3增至-199.7μg/m3，而自适应网格的模拟效果就明显好很多:其相关系数能始终保持在0.93以上，平均偏差也能有效地控制在15.2％以内。　　在此基础上，基于REAS2.1电厂点源排放信息，模式可精确定位到京津冀各电厂点源位置，对其周边网格进行加密固定，并根据SO2排放后实时浓度分布特征对网格进行动态自适应优化，不仅能成功模拟出各电厂点源的局地强排放特征，而且能较好地追踪模拟出点源排放后的细长烟流结构，实现了对SO2点源排放的多尺度动态自适应追踪模拟。　　最后，利用模式模拟再现了2010年3月19日-22日东亚强沙尘暴整个爆发、演变的三维立体动态过程，从整体上对这次沙尘事件有了全新的直观认识和了解。利用FY-2D卫星沙尘反演资料及MODIS卫星反演的气溶胶光学厚度资料，对模拟结果进行整体上对比验证;同时，利用中国9个城市站点的PM10地面观测资料以及日本多个站点的激光雷达资料，逐一对比分析了不同地区PM10的时空分布以及沙尘传输经过时的垂直分布情况;并与NAQPMS模式模拟的对照结果进行了模式间的对比分析。对比结果均表明:该模式具有较好的模拟能力，能很好地模拟再现整个沙尘暴过程，为今后进一步运用自适应变网格技术以实现对沙尘暴的高精度追踪模拟奠定了基础。不同模式比较是量化模拟不确定性的重要方法。以往沙尘输送模式比较研究表明:起沙量模拟的不确定性是沙尘暴数值模拟的最大不确定来源。通过两个具有相同起沙方案的模式对同一沙尘事件的模拟，发现不同的平流方案以及不同的沉降计算也会对沙尘过程模拟产生重要影响。