颗粒物污染和能见度下降是当前我国城市面临的突出大气环境问题。大气细粒子PM2.5是影响环境空气质量、人体健康和能见度的主要因素,也是我国大气复合污染的主要物种。颗粒物理化特性研究是认识城市大气污染的形成机理、传输机制、污染源识别以及风险评估的基础。本文通过对PM2.5质量浓度、消光系数的连续监测以及PM2.5滤膜采样与成分分析,并结合同期常规污染物、能见度以及气象要素的观测,对天津PM2.5浓度水平、消光特征、化学组成、颗粒物与能见度的关系进行了系统研究,同时对含碳气溶胶(包括碳组分总量OC和EC、多环芳烃、正构烷烃)的组成、分布和来源进行了重点研究。论文的主要研究结果如下：(1)天津市细粒子污染严重,PM2.5年均质量浓度为89.4±61.2μg/m3,呈现秋冬季高春夏季低的季节分布。PM2.5占PM10的60％以上,是控制大气颗粒物污染的关键。PM2.5质量浓度日变化呈早晚高、白天低的双峰型,与环境湿度日变化一致,而与风速、温度表现为反相关,降水对PM2.5有明显的清除作用。(2)当大气颗粒物以细粒子为主时,颗粒物散射系数bsp与PM2.5质量浓度强相关,线性回归分析所得PM2.5散射效率为春季6.4 m2/g、秋季5.3 m2/g和冬季6.3 m2/g。bsp占大气总消光的80％以上,是造成天津能见度下降的根本原因,有机物、硫酸盐和元素碳是主要的消光组分,对颗粒物消光的贡献分别为38％、23.8％和16％。能见度与PM10质量浓度呈乘幂指数相关关系,与PM2.5质量浓度表现为线性反相关关系。(3)SO42-、NO3-、NH4+和Cl-是主要的水溶性离子组分,约占无机离子总量的88.6％。丰富的Cl-是天津PM2.5组成特征之一,燃煤和工业排放是其主要来源；海盐粒子示踪组分Na+和Mg2+的含量不足PM2.5的1％,表明海盐对天津细粒子的贡献很小。(4)二次组分SO42-、NO3-和NH4+之间存在强线性相关,推测它们有着相似的形成过程,冬季云内或液相反应是其形成的重要途径。硫氧化率(SOR)和氮氧化率(NOR)的平均值分别为0.16和0.23,显示不同季节大气中都存在SO2和NO2的二次转化过程。NO3-/SO42-浓度比的平均值为0.63±0.24,变化范围为0.32～1.41,冬季最低,春季最高,分别反映了燃煤型与机动车尾气型大气污染特征。(5)Si天津PM2.5中含量最丰富的无机元素,人为污染元素的贡献不足10％,以Zn和Pb的含量最高。典型重金属元素Ni、Cr、Cu、Zn、As和Pb的富集因子都超过100,以Pb的富集倍数(809)最大。土壤尘、燃煤和机动车尾气是PM2.5中无机元素的主要来源。(6)含碳物质(有机物+元素碳)春、夏、冬季对PM2.5质量的贡献分别为22.4％、21.8％和26.2％。冬季EC浓度的增幅高于OC的增幅,说明燃煤取暖对EC的影响超过OC。PM10中约77.5％的OC和70.5％的EC分布在细粒子部分,EC在粗粒子(PM2.5-10)中的含量为29.5％,高于其他城市。春、夏、冬季OC/EC比值分别为3.6、3.8和2.34,应用OC/EC最低比值法估算的二次有机碳(SOC)浓度分别为6.3μg/m3、3.9μg/m3和10.8μg/m3,SOC对总有机碳的贡献小于40％。(7)PM2.5中16种优控PAHs总浓度春、夏、冬季分别为294.9ng/m3、120.7ng/m3和1926.5ng/m3,BaP浓度分别为13.8ng/m3、5.9ng/m3和104.4ng/m3,冬季BaP浓度超出国家标准的6.2～13.2倍。InP、Ant、Chr、BbF和BghiP是天津PM2.5中含量最丰富的5种PAHs。PAHs组成以高环(>=4环)为主,冬季4环PAHs所占比例最高,燃煤特征明显；夏季以6环PAHs为主,机动车尾气特征明显。BaP和InP是毒性贡献最大的两种多环芳烃,占苯并(a)芘等效毒性(BaPE)的80％以上。主成分分析识别出化石燃料燃烧、生物质燃烧和石油挥发三类主要污染源。(8)天津PM2.5中正构烷烃的碳数分布范围为C12～C35,春、夏、冬季烷烃总浓度分别为254.7ng/m3、148.7ng/m3和842ng/m3。正构烷烃碳数分布春夏季为单峰型,以C27或C29或C31为主峰碳,冬季为双峰型,以C22和C26为主峰碳。以化石燃料燃烧为主的人为源和以高等植物蜡为主的生物源是天津细粒子中正构烷烃的主要来源。