城市空气污染数值预报是当前国际上大气环境动力学研究的前沿课题。本文重点介绍近年来中国科学院大气物理研究所（IAP）研制的多尺度城市空气污染预报模式系统及其应用。该模式系统通过建立高分辨城市边界气象模式、改进和发展新的污染化学过程模式等，结合IAP第一代城市空气污染预报模式系统和CFD的通用平台，最终建成了可用于城市区域、居民小区以及街区（或大型建筑物单体）的多尺度城市空气污染集成模式系统。该模式系统吸收美国环境保护局MODELS-3等空气质量模式系统的优点，充分考虑了中国城市地形、气候和污染源的特征。用的总量控制方法因不能充分利用气象预报的信息而难以在可能造成严重污染的天气条件下对污染物浓度进行动态的调控。我们应用空气污染数值预报模式和实际的气象资料和污染源数据，还开展了空气质量动态优化控制的数值研究。研究结果表明应用该优化算法可以充分利用气象信息和污染预报的信息而提前制定优化控制方案，在有效地控制所预测的污染的同时，把损失降低到最小。此外，我们发展的优化算法（伴随方法）还可以应用到化学危险品的安全评价研究中，对发生地点事先无法确定的化学事故进行评价。