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目前，中国城市空气污染物已由传统的一次污染物转向细颗粒物、臭氧等二次污染物，并在城市群间通过输送和相互影响而呈现出区域性多种污染物相互叠加的复合型大气污染特征。影响城市空气污染物浓度的因子包括污染物排放、输送扩散、沉降、化学过程以及与天气气候的相互作用，但一次污染过程形成的最重要因素主要是污染物及其前体物排放量较大，以及不利于污染物扩散清除的气象条件两者共同作用的结果。在气象条件对空气污染影响的研究领域，主要关注气象要素和空气污染关系、区域尺度的天气背景和气候变化对空气污染的影响、边界层气象条件和空气污染相互作用等。我国在城市气象对大气环境的影响及其相互作用的研究领域已经取得了长足的进展。
气象因子是影响空气质量的关键因子，由城市下垫面构成的独特城市气象条件必然对城市地区空气污染物的大气物理和大气化学过程产生影响（Zhu et al.，2015）。徐祥德等（2004，2006）根据在北京实施的BECAPEX综合观测试验，提出城市“空气穹隆”三维大气污染结构物理图像，指出城市边界层结构不仅影响改变了城市局地空气污染物时空分布，而且还可通过城市群落间复杂的动力和热力结构形成区域大气污染，并认为城市热岛对城市污染物的扩散有重要影响。周明煜（2005）根据北京大气边界层铁塔资料分析了北京城市边界层低层的垂直动力结构特征及其与污染物浓度分布的关系，并明确指出城市边界层湍流特征是影响污染物输送扩散的重要因子。局地环流对大气扩散及污染的日变化规律等研究在我国日益引起重视（张强等，2003；王跃等，2014）。范绍佳等（2006）提出珠三角地区大气边界层特征及其概念模型，指出珠三角大气边界层受海陆风、城市热岛和山谷风的共同影响，并据此解释了出现区域高空气污染指数等灰霾天气的原因。
城市气象条件对空气污染影响的动力机制主要是指城市建筑对风的阻碍拖曳作用，使城市风速衰减，不利于污染物扩散。热力机制则主要是指城市地表热力性质的改变，加上人为热释放所造成的城市热岛效应对大气污染的影响。大量研究表现出的则是城市的综合效应对大气污染的影响，如王雪梅等（Wang et al.，2005）研究发现长三角和珠三角城市化引起的温度以及边界层高度增加是地面臭氧和PM 10 浓度变化的关键因素。王雪梅等（Wang et al.，2009a）研究表明：珠三角城市扩张使主要城市二次有机气溶胶（SOA）增加3～9％。刘红年等（Liu et al.，2015）研究了杭州市近10年来城市化发展对城市气象以及污染扩散的影响，发现城市化发展使杭州市大气扩散能力下降，城区污染物浓度上升，城市PM 2.5 平均浓度增加2.3μg·m -3 ，最大增加可达约30μg·m -3 ，污染物“自净时间”平均增加1.5 小时。这种城市化发展导致的污染物浓度变化是城市温度上升、风速下降等气象条件改变的综合效应。
许多学者亦单独研究了城市气象中某一因子，如人为热和城市绿化，对空气污染的影响。杨健博等（Yang et al.，2018）研究了城市植被覆盖率、植被类型等对苏州市空气质量的影响，研究发现：当树木覆盖率达到40％时，市区各主要大气污染物的日平均浓度下降幅度明显。朱焱等（2016）利用数值敏感性试验，将城市的热力和动力作用进行区分，研究发现：城市热岛增加了大气不稳定性，产生了向市区辐合的热岛环流，加大了市区上空的垂直速度，增加了城市大气的扩散能力，使地面污染物浓度下降，而在约400 m高度则浓度上升；城市建筑的动力效应大幅度降低市区风速，使大气扩散能力减弱，污染物浓度上升；城市热岛的热力作用和建筑的动力作用相反，动力作用大于热力作用。
关于城市动力作用、热力作用对空气污染影响的模拟研究，目前尚没有一致的结论，这是因为城市环境中影响空气污染的各种因子错综复杂，与各城市具体的城市形态、气候背景等多种因子有关。
城市地区的污染物输送、扩散、沉降和化学过程受城市气象条件控制。同时，污染物通过气溶胶辐射效应影响地面气温、城市热岛和大气加热率，对城市大气局地环流等产生影响。邹钧等（Zou et al.，2017）通过观测资料发现，气溶胶负荷的增加使城市地区向下短波辐射平均下降67.1 W·m -2 ，向下长波辐射平均增加19.2 W·m -2 。Zhong等（2017）研究北京的一次重污染事件中发现PM 2.5 的累积阶段初期，气溶胶与辐射相互作用导致的近地表气温大幅度下降并形成逆温。王昕然等（2018）研究表明：随着气溶胶光学厚度的增加，城区最难变为稳定层结，气溶胶辐射效应与城市下垫面的共同作用是影响城市边界层气象要素变化的主要原因。Ren等（2019）研究了北京市重雾霾污染过程中的湍流特征，发现在重雾污染事件中，城市和郊区的热通量、潜热通量、动量通量和湍流动能都会受到影响，地表和大气之间的物质和能量交换会受到抑制。曹畅等（Cao et al.，2016）发现支配我国夜间地表城市热岛强度（UHII）的一个重要因素是城乡霾污染水平的差异。对于半干旱城市，霾对夜间地表UHII的平均贡献为0.7 ± 0.3 K，由于气溶胶具有较强的长波辐射力，其作用强于潮湿条件下。
空气污染与城市气象间存在有非常重要的相互作用：一方面，空气污染物的输送、扩散、沉降和化学过程都受边界层气象条件支配；另一方面，污染物通过气溶胶辐射效应影响地面气温、大气稳定度状况、城市边界层高度以及城市局地气流的流动。在这些因子中，城市边界层高度对空气污染物垂直混合程度起决定性作用，因而显得尤为重要。PBL高度与气溶胶浓度通常呈负相关（Quan et al.，2013），且边界层内污染物浓度远高于上方大气（Zhang et al.，2011）。Wang等（2015）的研究表明：边界层高度与边界层湍流扩散的强度，对城市灰霾的形成至关重要。
反之，气溶胶的存在也会影响边界层稳定性。一般认为其影响机制是重污染期间，气溶胶的存在会降低地面气温，吸收性气溶胶加热边界层上层大气，改变温度的垂直分布，导致大气稳定度增强（Ding et al.，2013；Quan et al.，2013；Gao et al.，2015）。Zhou等（2018）研究了一次化石燃料和生物质燃烧等混合污染过程和气象场的反馈，发现混合污染过程对地面气温有明显改变。地表温度的降低和高层大气的加热趋势均有利于污染物在边界层内的积聚（Huang et al.，2018）。Zhong等（2017）研究发现，在北京的一次重污染事件中PM 2.5 累积阶段的前10小时内更稳定的边界层对PM 2.5 爆发性增长的贡献约占84％。Sun等（2017）研究了长三角一次大范围重污染过程，研究发现灰霾和气象条件的反馈效应可使PM 2.5 浓度增加达15％。
20世纪80年代以来，很多学者关注城市局地环流及其与空气污染的相互作用问题。在沿海城市局地大气环流如海陆风、山谷风、城市热岛环流之间还存在明显的相互作用。刘树华等（2009）发现，在弱天气系统控制下时，京津冀地区大气边界层中同时存在的海陆风、山谷风和城市热岛环流及其耦合效应，形成一条大致沿地形等高线走向的风场辐合带，即污染物汇聚带，对北京地区大气污染物的积聚与输运可能产生重要影响。
为城市大气环境治理提供科学的决策依据并发布城市空气质量预报是一项重大的社会需求，也是城市大气环境研究的重要内容。城市空气质量预报通常有潜势预报、统计预报、数值预报等方法。近期，数值预报方法在各级业务应用和研究机构中取得了长足进展。
中国气象局建立了国家级雾霾数值预报系统（CMA unified atmospheric chemistry environment，CUACE）/ Haze-fog，提供包括PM 2.5 在内的6种大气污染物浓度、AQI（Air Quality Index）指数等环境气象预报指导产品（Gong et al.，2008）。吕梦瑶等（2018）建立了中国不同地区的CUACE模式预报偏差订正模型，取得了良好效果。另外，在华北、华东、华南等各区域，也都分别构建有各自的数值预报系统（赵秀娟等，2016；周广强等，2015；邓雪娇等，2016）。
王自发等（2006）研制的嵌套网格空气质量预报模式系统（NAQPMS）是一个区域城市多尺度空气质量数值模式，已在国内多地区进行业务应用。NAQPMS还在线耦合了污染来源识别与追踪模块（Li et al.，2012），可以从源排放开始对各种物理、化学过程进行分源类别、分地域的质量追踪，定量分析输送过程及污染排放贡献率。
南京大学建立了研究型的城市尺度空气质量预报模式（NJU-CAQPS）。该模式系统由WRF-Chem、城市边界层模式（UBLM）、大气污染输送化学模式（ACTDM）和污染源处理模式四个模块构成，具有多尺度、引入城市陆面参数化方案和细网格、高分辨率等特点。UBLM是一个E-ε湍流闭合的精细城市大气边界层模式，ACTDM是一个涵盖多种物质输送、扩散、干湿沉积、化学转化的大气化学成分输送扩散模式，WRF-Chem分别为UBLM和ACTDM提供气象和污染物浓度的初始场和边界条件（刘红年等，2009）。运用这套模式开展了大量数值模拟的检验和应用，在一些中、小范围城市空气质量预测应用中，取得了良好效果。并且还在自建的NJU大气环境风洞中作对比模拟实验，取得了良好效果（蒋维楣等，2003；欧阳琰等，2003；欧阳琰等，2007；王学远等，2007）。