对流层臭氧对大气氧化性、空气质量、公众健康、农业经济、生态环境和全球气候变化都有重大意义。随着中国经济的快速发展,人类活动排放的大量臭氧前体物使得城市地区常常面临高臭氧污染的威胁。城市臭氧问题的研究不仅具有科学意义,也对臭氧污染治理政策的制订具有指导作用。上海和天津是中国具有代表性的两大都市,分别地处人口密集的长江三角洲地区和华北平原。本文以这两个城市为代表开展近地面臭氧观测和光化学研究,主要基于上海地区6个大气成分监测站2007-2009三年的地面观测和分别于2009年在天津郊区和2010年在天津城区开展的两次大型综合外场实验,对比研究了上海与天津地面臭氧及其前体物的时空分布特征、变化规律、臭氧光化学特性和前体物贡献。本论文的主要结论如下:　　(1)上海地区和天津地区目前都面临严重的地面臭氧污染问题。光化学产生是导致高臭氧污染的主要原因。上海地区的臭氧污染是城市尺度上的,天津地区的臭氧污染则带有华北平原的区域性特征。　　(2)上海地区6个站点地面臭氧的空间分布特征表现为市区显著低谷和郊区高值。市区臭氧日峰值出现在午后两点左右,比郊区早一个小时。市区氮氧化物(Nox)浓度大大高于郊区,且有明显的早晚上下班双峰结构,表明机动车尾气是。Nox的主要来源。郊区Nox的日变化主要受边界层涨落影响,在夜间略高于白天。各站点挥发性有机化合物(VOCs)的组成均以芳香烃和烷烃为主。从反应活性来看,市区占主导地位的物种是以二甲苯和甲苯为首的芳香烃,轻烯烃和植被排放的异戊二烯则在郊区也很重要。　　(3)上海地区臭氧光化学特性从市区向郊区逐步过渡:市区是典型的VOCs敏感,郊区则对VOCs和Nox都具有敏感性。　　(4)天津地区城郊臭氧水平相近,郊区略高。臭氧日峰值出现时间较晚,一般在下午四点。夏季,天津地区发生持续时间超过6小时的高臭氧污染事件(小时平均浓度大于80ppbv)的频率大大高于上海地区,具有更大的危害性。天津地区Nox的基本特征与上海地区相似。VOCs的组成仍以芳香烃和烷烃为主,但卤代烃含量大大高于上海地区。在天津市区,轻烯烃与芳香烃对VOCs总反应活性的贡献最大,郊区则以异戊二烯和轻烯烃为主。　　(5)天津地区高浓度高反应活性的VOCs使得臭氧产生当前表现为Nox敏感。　　(6)紫外辐射是臭氧光化学过程中的另一要素。当UVB辐照度较小时,相比于臭氧前体物,UVB是臭氧产生的制约因子;当UVB辐照度较高时,臭氧前体物的浓度水平和配置情况对臭氧产生的影响更大。　　(7)基于以上观测研究,我们建议在上海地区和天津地区采取不同的臭氧控制策略。上海地区臭氧污染的治理主要依赖于当地的前体物排放控制。以芳香烃为主的VOCs减排是最为有效的措施。天津地区在严格控制Nox排放的前提下,也应开展VOCs减排,特别是工业生产排放的轻烯烃、芳香烃和个别重烷烃。值得注意的是,天津地区的臭氧污染治理应当在区域尺度上对臭氧前体物进行减排,任何只局限于本地的治理措施最终可能都是徒劳的。