本文的研究工作是北京市奥运空气质量保障研究项目“北京市与周边地区大气污染物的输送、转化及北京市空气质量目标研究——光学遥感技术在大气污染测量中的应用”的主要内容之一。该研究引入了两台DOAS光谱仪，以北京作为示范监测站点，以香河作为推广应用站点，对北京城区与郊区的主要气体污染物NO2，SO2，O3以及目前较少测量的HONO、HCHO等进行了长时间的在线监测，对观测数据质量也通过与气体分析仪的比对观测及2台DOAS的相互比对观测进行了合理检验。还利用DOAS观测数据，结合气象观测数据、卫星遥感数据分析讨论了北京市城区及周边地区的主要气体污染物的时间变化特征和区域变化特征，城区与郊区污染的差异，考察了大气污染状况与气象条件的关系，并且对一次典型的SO2污染过程进行了全面分析讨论。此外，还利用DOAS的观测结果对2007年8月“好运北京”体育赛事期间机动车限行的减排效果进行了初步评估。　　 详细介绍了DOAS观测系统及其差分吸收测量原理和差分吸收测量技术特点。DOAS观测的差分吸收光谱原理是，对测量信号和固有的分子吸收光谱中同时采用多项式滤波的方法，分离具有高频变化特征的被测气体分子的特征吸收光谱和包括多种其他影响因素的慢变化光谱信号，通过比较差分吸收光谱信号与被测量气体分子吸收截面的差分吸收光谱信号，从而得到被测气体含量或路径平均浓度。这种方法不仅可以用在大气污染气体浓度的近地面测量上，还可以用来测量大气污染气体的柱浓度，以及用到卫星仪器对大气污染状况的全球测量上。　　 DOAS系统进行大气环境监测具有很大的技术优势。DOAS观测的最主要优点是一套装置可以对多种大气污染气体进行在线光学遥感测量，把它作为大气环境监测的观测设备，与现有化学分析仪相比，费用较低，并且运行、维护简单，可长期自动运行。因此，DOAS在大气环境监测中可以发挥重要作用，值得推广应用。　　 对新型大气环境质量监测手段DOAS系统的观测结果的可靠性进行了检验。利用标准样气对DOAS观测系统对气体污染物的测量数据质量进行了检验，对于SO2、NO2，相对误差较小，分别为2.8％和5％。DOAS与气体分析仪的比对观测给出一致性非常好的结果，而两台DOAS之间的比对测量表明它们的观测结果具有非常好的一致性和稳定性，相关系数达到0.99，系统偏差极小。　　 以北京、香河、兴隆三个观测站点的气体污染物的观测资料为主，并配合同时的气象观测资料和卫星遥感资料，讨论了北京及周边地区的SO2、NO2、O3浓度日变化及季节变化特征，以及以往人们由于缺少观测资料而很少讨论的HONO、HCHO等污染气体的变化特征，并且讨论了气体污染物浓度与气象要素特征与风速、风向的关系。北京与香河的O3的日变化特征一致，都是午后最大，午夜最小，与NO2日变化特征相反。但是，两地NO2浓度在数量上有较大差别，北京是香河的2倍左右，表明北京的机动车数量及其尾气排放比香河大很多。两站的O3浓度大小在夏季白天差不多，而在夜间北京比香河明显要小，变化幅度相似。合理解释是机动车尾气排放形成的NOx大量消耗O3是主要原因。无论是北京还是香河，SO2污染主要出现在冬季采暖期，此时燃煤消耗量大，SO2源排放亦大。其他季节SO2浓度不大，不构成对北京及周边地区的SO2污染。O3浓度夏高冬低，与光照条件一致。在1998-2006年期间，北京市城区NO2经历了1998-99年的增长、2000-2001年的下降、2002年的再次增长、以及2003年以后的持续下降。而SO2则从1998以来呈现持续下降的趋势，2006年SO2浓度只有1998年初期的45％，说明北京市所采取的控制煤烟污染的措施都取得了十分显著的效果。气体污染物浓度主要受气象条件控制，在风速很小或静风条件下，主要气体污染物如SO2、NO2主要是局地排放并累积，形成高浓度，而当风速增加时，城区比较严重的SO2、NO2等气体污染物被风刮走，被外面较少污染的空气团取代。而O3的情况则不一样，当风速增大时，高O3浓度的周边地区向城区输送，导致北京城区O3浓度增大。北京人周末生活习惯与西方国家有所不同，周末的汽车出行及其尾气排放量比工作日没有明显变化，即北京不存在明显的周末效应。　　 对冬季出现的北京及周边地区的一次非常典型的SO2污染过程的详细讨论给出的结果是，SO2污染状况跟随天气系统变化，常常出现3-5天的周期性污染过程，在天气稳定的条件下，SO2污染物要一般要经历3天左右的累积过程，达到一个比较高的浓度，然后当冷空气团南下时SO2污染物被一扫而光。逆温层的形成和瓦解过程决定了SO2浓度的日变化特征，夜间由于逆温层的影响，大气状态稳定，SO2持续累积，在午夜达到最大，白天空气对流活动加强，大气逆温层逐渐瓦解，导致午后SO2浓度最小。风场对SO2浓度具有决定性的影响，当处于低压槽前、高压后部时，站点通常被西南气流或者偏西气流控制，SO2浓度明显增高。当处于高压脊前、低压槽后时盛行西北风，SO2污染程度得到缓解，浓度明显降低。后向轨迹模拟结果指出，导致北京及周边地区的SO2污染气团主要来自西南方向，那里有山西、河北省的多个重要工业城市，如石家庄、邯郸和太原，SO2源排放较大。当受到来自北方的洁净空气团的影响时，观测站保持较低的SO2浓度。利用卫星OMI观测数据反演的对流层SO2柱浓度分布图，则更加清晰地指出了SO2污染的源区以及SO2高浓度分布于空气流场的密切联系。　　 在“好运北京”体育赛事期间，北京市实行了为期四天(8月17-20日)的机动车单双号分别行驶的交通控制措施，约有130万辆汽车停驶。利用DOAS的观测结果对机动车限行的减排效果进行了初步评估，结果是：在限行期间，SO2降低14.5％，NO2降低10.3％，O3升高25.9％。与利用北京市环保局监测的空气污染指数以及美国AURA卫星上的臭氧监测仪(OMI)观测资料对机动车限行削减大气污染物的效果评估结果大体一致。