發展區域大氣同位素模式，討論同位素分化過程的影響因子，並利用同位素模式討論鋒面系統的水循環。敏感度測試及模擬結果顯示，鋒面系統裡的同位素分化過程並非平衡過程，不能僅以傳統熱力平衡法處理之，需以氣體動立法方式計算以減少誤差。另外由敏感度測試顯示下邊界及側邊界對同位素含量的影響明顯，需要更多觀測資料做為邊界資料的參考(Tsai et al., 2019)。
分析地球系統模式CESM百年模擬結果，討論氣膠及溫室氣體對東亞地區夏季季風的影響，模擬結果顯示1980年代至1990年代所增加的人為源氣膠，可導致200hPa噴流南移，使夏季季風減弱，而若將溫室氣體的變化也考慮進來，雖然全球平均溫度上升，但氣膠造成東亞夏季季風減弱的現象，仍然存在(Tsai et al., 2016)。
改進美國環保署發展之區域空氣品質模式CMAQ中二次有機氣膠產生機制，並搭配中研院環變中心於台北市都會區與郊區進行之採樣觀測資料，瞭解台北地區夏季有機氣膠生成及傳送機制。由一週的模擬及觀測資料顯示，液相化學反應機制對台北地區二次有機氣膠濃度貢獻超過50％，而綜觀環境、局部環流及邊界層高度等條件，對有機氣膠傳送及日夜變化有很大影響（Tsai et al., 2015a）。
應用SNAP參數法，發展不同種類氣膠因碰撞而混合的機制，加入區域空氣品質模式CMAQ，討論沙塵事件期間，氣膠經碰撞混合的機制變成內在混合後，可改變氣膠質量、數量及表面積的時空分布特徵、降低單次散射反照率(SSA)、增加氣膠作為雲凝結核的能力以及在不同溫度區間，增加或減少其作為冰核的能力（Tsai et al., 2015b）。
