受地域、气候及人为因素的影响,北京及周边地区大气污染过程极为复杂。伴随着经济的快速发展,这一地区的污染已由污染源周围底层大气污染向城市区域垂直污染转化,由局地污染向城市区域性污染转变。从2007年至今,中国科学院大气物理所利用气溶胶激光雷达开展了北京及周边地区气溶胶垂直分布特征观测研究,积累了大量资料。本文在这一宝贵资料的基础上,对该地区大气污染相关问题进行了研究:利用激光雷达评估了2008年北京奥运会污染控制效果;分析了激光雷达反演边界层高度算法在北京地区的局限性,并在此基础上提出了基于重力波理论的原创性新反演算法;探讨了城市边界层高度在污染预报中的作用,并结合WRF-NAQPMS模式及气溶胶激光雷达观测,解析了雷达回波“穹窿”结构形成机理;综合利用激光雷达、数值模式、卫星遥感影像、后向轨迹等诸多手段探讨了灰霾污染的跨控制区影响问题。主要研究结果如下:　　 (一)2008年北京奥运时段,北京及周边省市实行严格的污染控制措施,完成了空气质量的承诺,为了分析这些措施的效果,指导以后大气污染控制措施的制定,本文克服了目前对于污染控制措施效果评估只针对地面污染物浓度的不足,利用激光雷达垂直穿透探测的优势,评估了不同减排措施对于气溶胶垂直分布的影响。通过将奥运时段与2007年同期近地层消光系数的比较表明,奥运时段消光系数下降了41.7%;污染物的垂直分布不再主要集中在低层,局地污染主导型廓线频次减少了7天,说明局地减排起到了重要作用,这一结论与其它手段和方法的结果是一致的。另外,通过奥运期间与前期的对比发现,奥运期间中上层消光系数显著降低。利用数值模式模拟表明,奥运期间周边地区向北京地区的PM10输送量减少了36.6%左右,这说明了北京周边地区污染控制措施为保障空气质量达标也起到了重要作用。　　 (二)激光雷达是测量大气边界层(混合层)高度的重要工具,但现有反演算法对北京地区边界层高度的估算效果不尽理想。本文通过引入大气重力波机制,提出了一个反演边界层高度的原创性新算法。与试验数据对比表明,新算法估算北京地区边界层高度的精度有明显的改进,可将相关系数从现有算法的0.7提高到0.96,减少均方根误差至少300m以上。　　 (三)本文通过实测边界层高度与模式计算边界层高度的对比,探究了边界层高度在正确模拟污染物浓度中的重要作用,研究了城市因素对边界层高度模拟的影响,并结合WRF-NAQPMS模式及气溶胶激光雷达观测,解析了雷达回波“穹窿”结构形成机理。　　 (四)本文通过分析2010年11月4～6日京津冀地区和东北地区发生的灰霾污染事件,由东北地区的灰霾带与京津冀地区灰霾污染的关联关系,发现了由于天气尺度的跨区域性造成的污染跨区域影响,证实了大气污染从局地污染发展到跨区域性污染的理论,提出了治理措施也从局地控制走向区域治理的迫切性,为污染的区域控制战略提供了理论依据。