能源是国民经济的命脉，随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对能源的需求量也迅速增加，经济发展面临的能源约束矛盾和能源环境问题将更加突出。因此通过对能源消耗量、能源结构以及大气污染进行全面分析，确定能源消耗与大气污染排放量之间相关机制，定性定量的研究能源消耗与大气环境污染之间的关系，将为北京市能源结构调整，减少大气环境污染做出有力贡献。　　 本文采用偏最小二乘法（PLS）进行北京几类主要能源消费量的中长期预测，分别研究在2010年、2015年和2020年北京城市能源的消耗情况。根据能源消耗影响因子的历史变化数据，按北京城市规模及发展速度将能源消耗预测分为高、中、低三个情景进行研究。考虑到在进行未来中长期能源消耗预测时，各能源消耗影响因子变化的不确定性，本研究采用了VaR（Value at Risk）风险评估法对北京市中长期能源需求进行概率化的预测和分析，从而充分考虑到能源预测结果的不确定性，为北京市能源系统优化提供直接的决策支持。　　 本研究通过对能源消耗量、能源结构以及大气污染等因素进行全面分析，确定了能源消耗与大气污染排放量之间相关机制，基于大气污染排放与能源、气象、区域地理环境之间的相互影响，通过数值模拟的方法，定性定量的研究能源消耗与大气环境污染之间的关系，应用国际先进的ARPS-MM5-CMAQ耦合模型深入模拟分析不同排放情景下各能源消耗行业对大气环境质量的影响，并对各行业PM10排放量数据与大气环境质量模拟数据进行拟合分析，建立了两者间的相关关系。针对北京市能源系统，通过纳入建立起的行业PM10排放量数据与浓度贡献的关系，以及能源预测模型对未来目标年的预测结果，本文利用双目标线性规划方法对城市能源供应成本和PM10浓度贡献进行了优化，并将算法集成，制作出城市能源-大气耦合模型可视化软件。