对流层臭氧（O3）不仅是重要的温室气体和氧化剂,也是主要的空气污染物,对人类健康、作物产量和生态环境等产生不利影响。欧美、日本等发达国家对O3污染的重视较早,已出台了比较完善的O3控制措施和更严格的环境空气质量O3浓度限值。近几年,我国的O3污染问题频发,已逐渐受到人们的关注。北京是我国的首都,也遭遇严重的O3污染。因此,本研究通过对北京市O3污染的特征、来源及形成机制的研究,旨在为北京的O3污染防治提供一定的科学依据。本论文首先对2015～2017年北京市O3污染的时间变化特征和空间分布特征研究,了解北京市近几年O3污染的时空变化特征;并于2017年7月15日至8月10日期间,在北京市城区进行气象要素（气温、气压、相对湿度、降雨量、风速风向等）、臭氧（O3）、氮氧化物（NOX）和一氧化碳（CO）的连续观测,选取7天（2017年7月20日、30日和8月1日、4～7日）密集采集大气样品进行挥发性有机化合物（VOCs）和含氧挥发性有机化合物（OVOCs）的分析,旨在深入探究北京市臭氧污染的来源及生成机制。主要研究结果如下:（1）2015～2017年,北京市达标天数占总监测样本天数的比例分别为50.7%、52.7%和61.1%,环境空气质量整体得到了提高;然而,以臭氧日最大8小时平均（O3-8h）为首要污染物的天数分别占总污染天数的31.7%、31.8%和42.3%,O3污染问题日益突出,光化学烟雾型污染是目前北京大气污染的主要类型。O3污染主要发生在5～9月,季节变化特点为夏季>春季>秋季>冬季,这主要与气温和太阳辐射有关。O3日变化表现出明显的“单峰型”,峰值出现在16时附近,夏季O3平均值日变化在14:00～18:00持续超过或接近160μg/m~3。（2）交通污染监控点三年夏季O3平均浓度（78.5μg/m~3）最低,比北京市夏季O3平均浓度（95.6μg/m~3）低18%。城市清洁对照点、郊区环境评价点和城区环境评价点污染严重,三年夏季O3平均浓度分别为100.45μg/m~3、99.54μg/m~3和96.83μg/m~3。奥体中心站、密云水库站和永定门站出现“周末效应”,而昌平站和定陵站表现出反“周末效应”。（3）2017年7月15日至8月10日的外场观测实验表明,臭氧污染日（O3浓度介于国家二级标准和一级标准之间）和超标日（O3浓度超过国家二级标准）都以东南风为主,一般伴随着高温、低湿、低压、强光照和高前体物（VOCs、CO和NOX）浓度,有51%的天数O3日最大1小时平均（O3-1h）浓度超过国家一级标准。东南气流和偏南短气流O3污染较重,偏北/西北气流为轻微污染,24h后向轨迹聚类分析的O3超标平均浓度分别为（113.64±18.02）ppbv、（92.22±14.31）ppbv和（84.54±3.13）ppbv,48h后向轨迹聚类分析的O3超标平均浓度与之相似。来自东北方向的气流未出现超标轨迹,为清洁气团。密集采样日中臭氧污染日的成因与西北气流和偏南气流的区域传输以及副热带高压或均压场下的弱高压系统有关。（4）烯炔烃对等丙烯浓度（PE）和臭氧生成潜势（OFP）的贡献量最大,占总PE（9.07±0.61 ppbv）和总OFP（107.02±10.86 ppbv）的比例分别为59.3%和50.5%,其次为OVOC、芳香烃、和烷烃。丙烯、异戊二烯、甲醛、乙烯和乙醛是VOC的关键活性物种,它们分别占总PE浓度的24.3%、16.1%、11.6%、6.8%和5.5%,占总OFP浓度的24.1%、2.8%、26.2%、16.0%和5.4%。（5）PBM-MCM模型的模拟效果较好（吻合系数为0.88）,结果表明,7月20日和8月1日、6日O3体积浓度的变化主要与本地生成有关;7月30日和8月4、5、7日的O3浓度超标则受本地生成和区域传输的共同影响,区域输送对这4日的最大贡献量分别为40%、50%、53%和46%;敏感性分析结果表明,北京城区夏季O3生成主要受VOCs控制,特别是人为排放的甲醛、丙烯、间/对-二甲苯、乙烯和顺-2-丁烯。（6）与正常日比较,O3污染日时烯炔烃、芳香烃和OVOC对O3生成更敏感,OH自由基浓度更高（p<0.05）,说明污染日时VOCs的化学反应性更高,活性强的物种促进污染日形成。（7）调整VOCs和NOX的削减比例并使用PBM-MCM模型计算O3浓度净产量,发现VOCs和NOX之间的削减比例（VOCs/NOX）高于1.02时O3浓度开始降低。以上结果表明控制北京本地人为排放的VOCs（尤其是甲醛、丙烯、间/对-二甲苯、乙烯和顺-2-丁烯等的排放）、以及周边空气质量,并调整VOCs/NOX削减比例（>1.02）,将有助于降低北京城区的O3浓度。