随着我国经济的疾速发展、机动车保有量的持续增加以及能源消耗的不断攀升，造成了一系列的大气环境问题，其中，以京津冀、长三角、珠三角等城市群的区域大气重污染尤为突出。区域性大气重污染以颗粒物为主，影响范围较大，发生频率较高，污染程度较重，其中以细颗粒物PM2.5污染尤为显著，重污染时其浓度水平经常超过国家环境空气质量标准浓度限值的数倍，严重威胁着人民群众的身体健康和生态安全，成为限制我国社会经济和谐发展的关键因素，而混合层对重污染的发生及污染程度有重大影响，因此，搞清当前京津冀典型区域大气污染特征及与混合层的关系，将为区域大气复合污染形成机制的研究提供科学依据，对于环境管理部门制定科学的大气污染防治措施具有实际应用意义和科学价值。　　本文以京津冀典型城市北京、石家庄、唐山作为研究对象，收集大量区域环境质量数据和飞机AMDAR数据，在PM2.5采样及化学组分测试工作的基础上，得到PM2.5及化学组分的时空分布特征和不同污染等级下分布特征，结果表明:细颗粒物污染呈现冬季＞秋季＞春季＞夏季的趋势，北京冬季重度污染以上的天数比例高达24.2％，石家庄PM2.5年均质量浓度最高。从化学组分中发现，无机元素中污染元素、水溶性离子和碳质组分的质量浓度均随着污染等级的增加而升高，对比不同季节优良天气和重污染天气的水溶性离子增长量，秋冬季节的增长量最高。利用飞机AMDAR数据通过干绝热法计算出日最大（最小）混合层高度、逆温厚度和逆温强度，研究结果显示:一年中冬季混合层高度最低，且石家庄冬季的混合层高度低于其它城市;北京地区逆温层厚度冬季明显低于其他季节，而逆温强度则呈现出冬季明显高于其他季节。2013-2015年北京、石家庄、唐山共发生重污染97次，其中冬季发生次数最多，采用后向轨迹模型和聚类分析统计方法将北京重污染过程分为西北方向输送类、京津冀范围短距离输送类、西南长距离输送类、东南长距离输送类、正南长距离输送类五类。基于课题组污染源清单研究数据，建立WRF/CAMx-PSAT数值模型，分析一次北京地区典型的重污染过程的气团来向为局地—西北—南—西北，且区域传输中河北北部贡献较大。　　在AMDAR数据收集及分析的基础上，应用主成分分析法和多元线性回归预测法对PM2.5质量浓度与混合层之间的关系进行定量化研究，得到不同季节PM2.5与混合层高度、逆温厚度等因素的函数关系表达式，并选取北京、郑州和济南的数据进行验证，结果表明，北京的预测值与实测值无显著性差异，而郑州与济南的预测值与实测值相关性较好，但存在不同程度的偏差，可能与不同地区海拔、地形因素以及风速、湿度的瞬时变化有关。