大气是人类赖以生存的最基本环境要素之一。我国近30年经济的快速发展导致的环境问题日益严峻。煤炭与石油等化石燃料的大量消耗、城市迅猛扩张及机动车保有量前所未有的增长,导致我国三分之二区域空气质量已经恶化到威胁人们身心健康的地步。其中,经济发达、人口稠密的京津冀地区成为全国灰霾高发的地区之一。大气灰霾现象的发生,气象因素是诱因,人类污染物的高排放是根本原因。针对大气细颗粒物(PM2.5)气态前体物时空演变趋势不明的问题,本文基于OMI、GOME2、MOPITT卫星观测数据,研究了北京地区SO2、N02、CO等大气污染物的区域分布特征、年际变化特征。观测表明,近5年来北京地区的NO2的浓度呈现增长的趋势,而SO2浓度呈逐年下降的趋势；VOCs与CO的浓度处于高位,年际变化不大。结合北京市的污染源排放清单,建立了源清单物质平衡(IMB)源解析模型解析北京市PM2.5的来源,结果表明大气首要污染物为燃煤排放,其次为机动车、扬尘和工业污染。以颗粒物减排的代表性PTFE (Polytetrafluoroethylene)膜分离技术为例,开展了固定源颗粒物减排的技术研究。针对燃煤过程中的一次细颗粒物减排,提出采用自主开发的高效PTFE覆膜滤料袋式除尘技术,并开展了在高湿环境下PTFE应用于细颗粒物减排的研究。详细考察了颗粒物浓度、过滤速度、环境湿度等对PTFE细颗粒物过滤效果的影响。针对北京市这个特定研究区域,构建了单区域的CGE-BJ(Computable General Equilibrium-Beijing)模型,并成功应用于北京市碳排放权交易实践。采用CGE-BJ模型核算了北京市各行业的碳排放权配额,以及碳交易对污染物减排的效果,模型预测结果表明,通过实行碳排放权交易,北京市每年可减排242万吨的CO2、1.14万吨SO2、0.5万吨的NOx和0.1万吨的PM2.5,从而进一步证明了节约能源、减排CO2是最终减少PM2.5的关键所在。论文研究了排放标准、燃油品质、旧车淘汰、油气回收等措施对北京市PM2.5的减排效果；研究了燃煤脱硫脱硝、冬季供暖方式改变、能源结构调整、建筑业节能、交通源的节能减排技术及各其对北京市污染物减排效果。通过分析西方国家(美国、欧盟、英国等)在治理雾霾方面采取的技术和政策应对措施,结合北京市的经济社会实践,指出了北京市大气污染防治技术和政策方面存在的薄弱环节包括：产业结构不合理、环保监管不到位、信息公开度不够等,并提出了北京市PM2.5防治的对策、建议。本研究建立的CGE-BJ碳排放权交易模型已在北京市政府碳交易平台得以应用,所提出的减排措施及建议已部分在北京市进行了实践。本研究工作为北京市大气污染防控提供了科学基础与技术支撑。