改革开放以来,我国经济飞速发展,工业化和城市化突飞猛进,以资源消耗为主的粗放经济增长方式导致大量污染物排放,我国空气质量问题日益突出。近年来,我国重霾污染事件频发,空气质量问题成了社会各界关注的热点和焦点,改善空气质量的呼声日益强烈。研究我国空气污染成因,分析空气污演化过程,有利于解决我国大气污染问题,实现可持续发展。地面站点监测、卫星遥感观测、化学传输模式快速发展,加深了人们对空气污染来源、污染物组成、空气污染对环境和人类健康影响等全方位认识。三种空气质量研究手段各有其优势和不足。本文主要以关中平原城市扬尘、华北平原秸秆燃烧为例,结合地面观测、卫星遥感和数值模拟三种研究手段,探究空气污染的形成和演化过程,为改善我国空气质量提供科学参考。为评估关中平原城市扬尘,本文提出并验证了区域尺度扬尘源分布的遥感提取方法。利用VHR、Landsat-8 OLI、MODIS多种空间分辨率的卫星遥感数据,采用目视解译、监督分类、空间叠置分析等方法,提取关中平原建筑工地、耕地、裸地扬尘源分布。并采用误差传播定律对提取结果进行验证,研究区域内各类扬尘源提取精度在88%以上,能够满足数值模拟的精度要求。同时,本文发展了WRF-Dust数值模式,增加了建筑工地扬尘起沙机制,显著改善了模拟结果。研究案例中17个站点平均值由28μg m-3提到59μg m-3,更接近观测值66μg m-3,模拟值与观测值的相关系数由0.17提高到0.57。模拟结果显示建筑扬尘是重要的城市扬尘源(42%),建筑扬尘排放是关中平原城市扬尘污染的重要因素。利用卫星遥感可以一次性获取大面积扬尘源分布结果,在区域尺度上具有实用性和可推广性。尤其对于建筑工地扬尘源,传统的统计调查方法很难获取区域尺度下的分布结果。卫星遥感观测和数值模式结合是研究区域尺度的扬尘污染的有效方法,提供了区域尺度城市扬尘研究的新视角,为我国整体的建筑扬尘污染研究提供借鉴和参考。我国经济快速发展,城市化进程快,建筑工地扬尘污染不容忽视,深入开展区域尺度城市扬尘污染研究具有重大的现实意义。为研究华北平原秸秆露天燃烧(CFB)对空气质量的影响,本文基于MODIS的露天燃烧产品(MCD14ML)和土地覆盖分类产品(MCD12Q1)提取了华北平原每天的CFB活动水平。采用传统分省统计方法估算各省CFB的年排放量,根据每天的CFB活动水平进行时空分配,制作可供WRF-Chem模式使用的高时空分辨率CFB排放清单。基于WRF-Chem模式再现污染过程,对比PM2.5质量浓度及关键气象参数(风速、风向、PBLH),模拟值和观测值表现出较好的一致性。PM2.5浓度相关系数高于0.80;关键气象参数的相关性均大于0.65。利用CFB排放置零法研究CFB排放对污染事件的影响及其演化过程,探究排放贡献和输送贡献。SNCP区域内,CFB对PM2.5浓度日均贡献最高达35%,主要受CFB局地排放影响;NNCP区域内,CFB对PM2.5浓度日均贡献最高达32%,主要归因于SNCP区域内CFB排放的长距离北向输送。在WRF-Chem模式中对太行山、燕山的海拔高度进行扰动,进一步研究地形因素对污染事件的影响。NCP周边的地形条件是形成大范围PM2.5浓度高值区的重要因素,主要包括山体阻挡效应和疏导效应。山麓地带更加明显:太行山对山麓站点和非山麓站点PM2.5浓度影响分别为56.0μg m-3和36.1μg m-3;燕山对山麓站点和非山麓站点的PM2.5浓度影响分别为25.1μg m-3和1.3μg m-3。污染事件中,太行山比燕山对NCP的空气质量影响更加显著。本文结合卫星遥感观测制作可供WRF-Chem使用的高时空分辨率的CFB排放清单。利用WRF-Chem模式分析CFB对污染事件的影响及演化过程。该研究表明CFB污染具有区域特性。北京及其周边在严格“禁烧”政策下,CFB排放得到了很好的控制,但是仍然受到其华北平原南部粮食产区的CFB排放输送影响。在考虑重要城市(如北京、天津)的污染治理时,需要同时严格控制其南部地区PM2.5及其前体物排放,如严格限制河北、河南、山东等粮食产区CFB排放。