中国城市的空气污染问题备受人们关注,很多研究证实不同尺度气象因子与空气污染有着密切的关系,但与此相关的综合定量的研究工作较少。本文采用客观环流分型和基于高时空分辨率扩散模式模拟的印痕分析等方法,结合北京首都机场逐小时能见度资料和北京大学观测站PM10、黑碳(BC)及气态污染物浓度的观测数据,定量研究了天气尺度环流、区域传输扩散以及局地气象变量对北京及周边地区空气质量的影响,并对2008年北京奥运会期间多尺度气象因子对空气质量改善的作用进行了综合评估。结合卫星、多测站的观测及大气扩散模式的模拟分析,研究了京津冀地区高浓度的污染带与区域空气质量的关系,并利用化学传输模式研究了北京地区及周边地区辐合带对污染物传输、扩散和地面污染物浓度的影响;探究了环流型和区域传输路径对北京及周边空气质量的影响;分析了北京地区大气污染的变化特征以及气象变量与大气环境质量的关系。论文得到的主要结论如下:　　(1)利用倾斜T模式主成分分析的环流分型方法,得到了2000-2009年对北京及其周边地区存在九种主要的天气尺度环流类型。每类环流型具有其独特的局地气象条件、区域传输以及空气质量的特征。北京差的空气质量(低能见度、高浓度的PM10、BC、CO、NO2、SO2和O3以及高的AOD)发生与三种环流型相伴随:“弱气压场”、“高压后部”和“低压前部”;而好的空气质量是与两种环流型向伴随:“高压前部并且气压梯度较大”和“西北部高压型”。利用FLEXPART-WRF模式计算了一年各种环流型下48小时的后向烟团轨迹,发现北京地区天气型“高压前部并且气压梯度较大”和“西北部高压型”主要以北面的传输路径为主,而“弱气压场”、“高压后部”和“低压前部”则以西南(石家庄)和东南(天津)方向的空气源为主。　　(2)分析印痕与污染物浓度的关系发现,北京差的空气质量最频繁出现在西南传输路径(邯郸-石家庄-保定-北京一线)和来自天津和唐山一带的空气源;好的空气质量则与西北和东北的传输路径相关联。结合卫星、多站地面观测及中尺度气象模式和大气扩散模式的模拟分析,证实了京津冀地区存在长而窄的高浓度污染物输送带,局地污染物浓度的变化与污染传输带的位置和移动密切相关。利用WRF-Chem模式对区域SO2和CO的浓度做了模拟计算,结果显示近地面层辐合带区域对应污染物浓度的高值区,辐合带的出现是形成北京及周边地区重污染过程的重要中小尺度局地环流形势之一,它与天气尺度环流形势密切相关。　　(3)北京地区1981-2007年大气水平能见度呈现快速下降的趋势,低能见度的频数显著增加。低能见度与3 m s-1以下的东南风和南风以及较高的相对湿度密切相关,而好能见度90％以上都出现在风速大于2 m s-1的偏北风中。虽然PM10的浓度在2000年后没增加的趋势,但相对湿度的增加是1999-2007年夏季能见度的降低的主要原因之一。2006年以后北京的空气质量有好转的趋势,2007-2011年北京的低能见度频数在减少。同时,2008至2009年可吸入颗粒物的浓度较前两年有明显下降,但臭氧和氮氧化物的浓度在2007-2008年依然很高。　　(4)对奥运前后多尺度气象条件及污染物浓度的分析表明,环流型是造成污染物浓度逐日变化的关键因素。重污染时期受到“弱气压场”、“高压后部”和“低压前部”等环流型的连续控制,与之相对应的是不间断的南面污染物的输送和积累。而奥运期间有利的环流型“西北部高压”与同期2000-2009年8月相比其出现频数增加了一倍。天气尺度环流对于2008年北京奥运期间PM10、BC、SO2、NO2、CO及水平消光减少的相对贡献定量估计分别为19±14％、18±13％、41±36％、12±7％、19±11％和54±25％。由于颗粒物浓度的减少与相对湿度的降低,奥运期间“蓝天”(能见度>19 km)频数增加了50％。