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随着经济社会的发展和城市化进程的加快，空气污染成为世界上许多国家的大城市都面临的一个重要环境问题。空气污染危害人类健康，影响植物生长，损坏文物古迹，降低能见度，给城市居民的生活带来严重不利影响。北京这样快速发展的超大城市社会经济发展迅速，但同时首都环境质量和生态状况也承受着较大压力。北京的环境空气质量不仅远远差于欧洲及北美城市，即使与国内大城市相比也相对较差。而一系列防治大气污染措施的实施，使北京空气质量得到了明显改善。市区空气中主要污染物SO2、NO2和CO年日均浓度达到国家标准。但可吸入颗粒物浓度下降缓慢，颗粒物成为北京市的首要污染物。研究北京空气污染特征及其影响因素，分析新形势下北京主要污染物的变化，尤其是颗粒物的变化，对揭示快速发展的超大城市环境空气的演变规律，控制空气污染有重要科学意义。我们采用北京环境空气质量定点监测资料、借助城市生态系统长期研究站、利用自动和手动监测结合的方式分析了北京近25年来的环境空气质量演变、主要污染物特征变化和来源分析。主要结论如下：
1)北京环境空气污染历史变化趋势可以分为两阶段：1983～1998年总体环境空气质量下降；1998～2007年环境空气质量有所改善。年际变化显示，SO2、NO2、PM10、降尘、B[a]P浓度显著下降，而NOx显著上升，TSP、Pb、CO、O3超标情况变化趋势不显著。北京市氮氧化物类和颗粒物污染的相对影响在加大，空气污染处于由煤烟型向机动车尾气型转变的过程中，表现出典型的复合污染特征。年内变化显示，采暖期污染比非采暖期严重，尤其SO2采暖期浓度是非采暖期的5.7倍。而城区的污染相比要略重。
2)各种污染物浓度的季节变化呈现不同态势。SO2与氮氧化物类污染物呈现浓度冬＞秋＞春＞夏的变化。CO在冬季的浓度比其他季节要高。O3在夏季的浓度明显高于其他季节。气态污染物的日变化与扩散条件有关，午后空气对流强、扩散条件好时气态污染物浓度出现低谷。而O3午后峰值与臭氧的光化学反应产生机制有关。污染物浓度与风速、空气温度、湿度、总辐射、气压有显著相关关系。
3)2005-2008年北京市首要污染物大气颗粒物浓度的现状特征有明显的下降趋势，但是仍然高于国家环境空气质量二级标准。PM2.5的污染程度大约为美国标准的4.6倍。TSP总体变化呈现冬春高，夏季低的趋势。春季平均值约为夏季平均值的1.4倍。PM10浓度除2、3月份较低外，其他月份均较高。PM2.5浓度在2008年8、9月份有明显降低。PM10和PM2.5的日变化均呈现双峰态势，在夜间21点至24点左右出现最高峰，在上午出现小高峰。TSP质量浓度于16：00出现低值。加工业、土壤源对TSP贡献较大。加工业、汽车尾气对PM2.5贡献较大。加工业、燃煤源对PM2.5-10贡献较大。
4)奥运期间各污染物浓度普遍降低。SO2、NO约减少50％以上，不过NO2、NOx有增加趋势。O3因为夏季光化学反应作用，奥运期间浓度约增长2.2倍。CO减少约50％。奥运期间污染物的日变化与平日相比并无明显差异。奥运期间北京PM2.5平均浓度约为0.076 mg/m3，临近奥运园区处约30％的时间日均浓度达到WHO第三阶段指导值。奥运期间的颗粒物浓度比奥运前期减少了约26％。PM2.5的日变化呈现双峰态势。不同站点间颗粒物浓度有显著差异。下风向污染略重。但是浓度变化在城市尺度上存在着变化趋同性，体现颗粒物的区域性污染特征。奥运期间属于高温高湿风力不大的典型北京夏季天气条件。奥运期间颗粒物日平均浓度与日平均温度、相对湿度、风速、降水等重要气象过程相关性不显著。
5)北京市空气质量受到自然条件和典型人为控制的影响。空气污染源增加的压力与环境空气保护措施的相互作用是驱动北京市环境空气质量近25年变化的主要因素。产业结构的变化、重点污染源的整治、能源结构调整、能源的清洁使用、机动车尾气排放标准的提高等对保护环境空气质量起到一定作用。连续多年大气污染综合治理措施和奥运空气质量保障措施的实施，产生了显著环境效益。在自然因素相差不大的条件下，人为控制因素对奥运期间颗粒物的下降起到主导作用。