在国家大气污染治理实践中，明确何时启动红色、橙色或黄色预警是一项重要需求。数值模式作为综合表征排放源、物理传输及化学转化过程的核心工具，能够提供精准的重污染预报。

然而，以往的模式预报大气复合污染组分偏差大，难以满足精准治污需求。在科学家看来，这主要是由于预报模式没有充分考虑我国大气复合污染形成的特殊化学机制。

在国家自然科学基金重大研究计划“中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究”的支持下，我国多个科研团队对大气化学新机制与自主模型开源进行了探索。

在大气化学新机制方面，面对大气复合污染形成化学机制复杂、爆发性增长成因成谜的科学难题，科研团队聚焦大气复合污染的化学机制和粒子全生命周期演变规律，厘清了驱动新粒子生成、增长的化学机制。研究发现，有机酸在城市新粒子成核至关重要，而郊区环境则是关键，据此提出二元羧酸等多元成核新方案及气态硫酸等传统成核方案。这项研究为从源头控制二次粒子生成提供了理论基础和方向。

面对重污染过程中大气氧化能力关键来源缺失的问题，科研人员发现了重污染过程中大气自由基的非再生机制，提出昼夜协同大气氧化性调控的重要性，从理论上揭示了重污染爆发性增长的关键化学驱动力。

基于以上科学发现，科研人员提出二次颗粒物生成的“三阶段”机制，为合理模拟预测重污染过程奠定了基础。“三阶段”具体包括多元成核新机制、光化学驱动的有机物快速初始增长、颗粒物液相反应推动的粒径与质量持续增长等。

在自主模式研发方面，科研团队认为，当前我国大气污染研究模式面临发展困局，主要原因是国产模式带有团队或个人标签，缺乏开放共享机制，严重阻碍跨团队协作。而国内研究又普遍依赖国外主流模式，导致国产模式科学性滞后。

鉴于此，科研团队研制和构建了中国首个开源共享模式——排放与大气过程集成耦合通用模式，实现了多单位多团队集成耦合，协同开发。模式代码完全开源共享，发布的作者是非署名的工作组，形成了协同开发的研发新范式。该成果入选2024年度中国生态环境十大科技进展。

上述相关研究显著提升我国空气质量模拟预报技术在国际上的影响力。