Описываются постановка и программная реализация физико-математической задачи совместного количественного описания турбулентно-циркуляционного режима и процессов переноса и рассеяния примеси над орографически неоднородной подстилающей поверхностью в ограниченном регионе. Представлены результаты моделирования турбулентно-циркуляционного режима нижнего слоя атмосферы над Украиной для типовых синоптических процессов. Дана оценка точности восстановления пространственно-временного распределения характеристик нижнего слоя атмосферы на основе трехмерной модели атмосферного пограничного слоя. Изложены основные подходы к моделированию диффузионных процессов в атмосфере на основе уравнения турбулентной диффузии, приведен численный алгоритм и результаты моделирования процессов распространения и рассеяния примеси при различных метеорологических условиях.