大气中的黑碳气溶胶具有强烈的吸光能力和加热效应,其可通过直接和半直接效应对全球和区域气候产生巨大影响,同时也会通过改变边界层热力结构来影响大气污染过程。目前对于黑碳区域气候和环境效应的认识仍存在相当大的不确定性,特别是对黑碳辐射效应的评估还存在较大分歧。其中最主要的原因是在大气传输过程中随着黑碳的老化,其形态和混合态有较大变化,导致其理化特性发生改变。华北平原地区是我国目前大气污染最为严重的地区之一,但是由于观测技术的限制,目前在该区域关于黑碳混合态和形态的信息还很匮乏。因此,研究华北平原黑碳气溶胶的混合态和形态,是精确评估黑碳环境气候效应及制定有效的大气雾霾控制政策的重要基础。本文基于单颗粒黑碳光度计（SP2）对单颗粒物检测的原理,对部分已有的数据处理算法加以改进,建立了一个新的SP2数据并行处理工具包。新的工具包由开源的Python语言编写而成,具有“开箱即用”的特点,能够部署在高性能计算机集群上实现并行计算,大大提升了SP2数据处理的效率和准确率。新的SP2数据并行处理工具包能够高效和准确地获得单颗粒黑碳的质量与混合态,基于此,本文还提出了一种新的黑碳粒径谱分布和混合态分布的算法。新的算法根据不同的黑碳核粒径和混合态类型对黑碳光学粒径和壳层厚度的浓度分布进行校正,减小了仪器测量过程中的系统误差和随机误差对计算结果产生的影响,提高了SP2数据的利用效率和黑碳混合态数据的准确性。为了探究我国复合污染条件下大气黑碳气溶胶的混合态与形态特征,本文基于华北平原2018年冬季外场观测得到的观测数据,利用新建立的SP2数据并行处理工具包和数据校正方法,讨论了不同气象条件、不同排放源和不同污染主导的条件下,黑碳的粒径谱分布以及混合态的分布情况。同时,本文还对一种已有的基于SP2的黑碳形态分类（包裹型和碰并型）算法进行了复现,总结和讨论了算法中存在的技术限制,初步探讨了华北平原黑碳气溶胶的实际形态特征,结果显示在华北平原大多数黑碳颗粒为包裹型,只有一小部分黑碳颗粒属于碰并型。