大气颗粒物成分复杂,其中水在颗粒物参与的大气非均相化学反应中起着重要作用,也影响大气颗粒物质量浓度,消光能力和大气能见度。在中国近年来频繁出现的霾污染过程中,颗粒物中的水分同PM2.5质量浓度的快速上升密切相关。另外,大气颗粒物中微生物组分种类丰富,对人体健康和大气物理化学过程有重要影响。典型城市的观测发现霾污染时部分致病微生物含量显著增加。大气颗粒物的水含量可能会有助于微生物的滋生。目前缺乏在线测量大气颗粒物水含量和微生物组分的方法和技术。本论文开发了一台在线测量大气颗粒物水含量的仪器设备,具有快速响应且可持续运行等优点。同时,基于探测生物荧光的新技术,建立了城市大气中活性微生物丰度的方法。并在北京冬季清洁和霾污染期间进行了外场观测,揭示了大气颗粒物水含量和大气微生物丰度变化特征,并分析了其影响因素。研究结果对于理解大气非均相化学过程和大气生物气溶胶具有重要意义。论文开发了一套测量除水前后大气颗粒物粒径分布的系统,结合软件开发和数据反演,实现了大气颗粒物水含量的实时在线测量。通过测量实验室发生的氯化钠气溶胶含水量,发现实测含水量同理论含水量有较好的一致性。在北京冬季清洁和霾污染期间进行的外场观测发现大气颗粒物的露点出现在50%相对湿度左右。颗粒物水含量一般较低,但与颗粒物化学成分和气象条件密切相关。通过颗粒物化学成分和水含量的比较分析发现在严重污染时,颗粒物中有机成分对气溶胶吸水性影响较小;无机成分是水含量增加的主要影响因素,其中以硝酸盐为最。北京大气颗粒物呈现出的碱性有助于降低其吸湿性。论文建立了生物荧光探测大气中活性微生物丰度,及干扰情况下计算城市荧光生物气溶胶丰度的方法。利用该方法评估了北京冬季荧光生物气溶胶的分布特征。气溶胶粒径分布,颗粒物形貌(AF)和颗粒物日变化趋势等方面表现出的差异,有利于对生物和非生物气溶胶颗粒差异的区分。外场观测发现生物气溶胶颗粒总浓度不随颗粒物浓度上升而增加。生物气溶胶对颗粒物化学组成有一定依赖性,基于多个多项式回归分析,发现这种依赖性可用于判定微生物活性的最大耐受浓度和生物活性的转变点。气溶胶水含量和相对湿度与微生物活性呈现正相关性,但尚无法确定气溶胶水含量比相对湿度具有更好的指标性。