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生物气溶胶是大气有机物的重要来源，它包含初次排放以及老化的生物气溶胶。初次生物气溶胶包含完整或破碎的病毒、细菌、古菌、真菌、藻类等微生物，真菌孢子和花粉，蛋白质、磷脂和菌类毒素等生物分泌物，以及生物体碎片等。初次生物气溶胶来源于土壤、植被、水体等自然生态环境，也可由农田、养殖场、垃圾处理厂、医院和餐馆等人类活动区释放到大气中。初次生物气溶胶排放到大气中后会发生物理变化，也会与其他成分发生反应而老化，其粒径、形貌、吸湿性、致敏性等物理、化学和生物性质可发生改变。生物气溶胶在湿度较高或被吸收进云雨滴时，还可发生生物代谢过程。生物气溶胶在天气和气候、大气环境、生态环境、人体健康和公共卫生、农业和粮食安全等很多方面都具有重要作用或影响。
生物气溶胶的种类及其含有的化学组分非常复杂，这些颗粒物的溶解性、极性和催化活性等物理、化学和生物性质复杂多样，生物气溶胶的活性及代谢状态也存在巨大区别，这些因素都给生物气溶胶的检测与分析带来了挑战。基于荧光光谱技术的在线生物气溶胶检测器具有高时间分辨率、非破坏性和简单易用的特点。但采用荧光光谱技术的在线仪器在表征生物气溶胶尤其是特定种类气溶胶上，还存在方法上的不确定性。
虽然生物气溶胶具有重要大气环境和生态效应，但相比其他气溶胶成分，在全球范围内对生物气溶胶的观测仍很缺乏，尤其是利用在线荧光光谱这种新技术。对于新技术的应用，首先有必要在方法学上进行探究，评估与解决利用荧光光谱技术解析生物气溶胶所面临的问题。新的测量方法可以提供对生物气溶胶的新的认识角度。生物气溶胶的来源、排放方式、时空分布及其影响因素是大气科学里的重要基础问题，目前外场观测的缺乏需要在更多大气环境中进行生物气溶胶的观测，以了解其基本特征。另外，对初次生物气溶胶在大气中的老化过程的理解是评估其大气、生态和健康效应的必要基础，但这部分仍缺少外场观测的支持。
因此，基于以上问题与不足，本研究首先分析了在线荧光光谱仪器(Wideband Integrated Bioaerosol Sensor，WIBS)表征真菌孢子的效果;然后，从海洋、沿海、城郊到城市的系列大气环境中使用WIBS对生物气溶胶进行在线观测，测量气溶胶的荧光光谱和粒径等参数，并结合其他在线和离线生物与非生物成分的分析，探究生物气溶胶的来源和重要影响过程;最后，利用WIBS的高时间分辨率特点，结合其他气体和气溶胶成分的多参数在线数据，探究城市大气中生物气溶胶的老化过程及对其进行观测的方法。本研究利用了西北太平洋、日照（沿海）、南京城郊、北京以及泰山的观测来探究以上问题。得出主要结论如下:
(1)用WIBS表征真菌孢子的效果与设定的荧光阈值有关。在泰山山顶春季的观测显示相比应用3σ-阈值，应用6σ-阈值能显著可以优化对真菌孢子的表征。但在北京夏季的观测中，应用3σ-阈值对真菌孢子的表征更优。荧光阈值的设定对某一类生物气溶胶的表征效果并不是恒定的，和所处的环境有关，这可能与大气中此类荧光生物气溶胶和其他生物气溶胶以及非生物荧光干扰物的相对含量有关。作为初步估计，在生物气溶胶排放显著且无明显干扰物来源（如燃烧过程）的环境中，应用3σ-阈值对于表征真菌孢子是可行的;而对于生物气溶胶排放不显著或干扰物排放强烈的环境，应用较高荧光阈值（如6σ）可以提高对真菌孢子表征的效果。
(2)对比海洋、沿海、城郊到城市的梯度观测，并与目前文献中报导的其他大气环境中的荧光颗粒物特征进行比较后发现，城市大气中荧光气溶胶的数浓度较高(102～103L-1)，海洋大气中的荧光气溶胶浓度比城市地区低1～2个数量级，但海洋大气在受强烈陆源排放影响时的生物气溶胶浓度也可达到甚至超过陆地环境中的浓度。另外，不同空气团影响下的海洋大气气溶胶的游离氨基酸的组成存在显著差别，陆源影响下的样品中可活化为CCN或IN的游离氨基酸的比例(＞58％)比远洋气团影响下的大气更高(～40％)，表明陆源排放经远距离传输到海洋的气溶胶组分可能会影响海洋大气中云的形成，进而影响辐射效应。另外，通过生物气溶胶和风速的相关关系看出，虽然风致泡沫爆裂过程可从海表向大气排放生物气溶胶，但是大部分类细菌和类真菌孢子的生物颗粒物的主要来源仍主要可能为远距离输送。
荧光气溶胶的日变化特征显示FL1类气溶胶受局地排放影响，不同种类的荧光生物气溶胶的排放特征也有差别，排放过程出现在不同的时刻。通过和同期多种气溶胶成分的相关关系，分析了分粒径的不同种类的荧光气溶胶的来源及可能受大气中主要非生物荧光干扰物的具体影响，本研究详细探讨了WIBS表征的生物气溶胶组分的种类分布及受潜在干扰物的影响。城市中FL1类荧光气溶胶可能部分来自餐饮排放;尘源颗粒物是粗颗粒物荧光颗粒物的一个重要来源;FL-B、-BC和-C类颗粒物可能受到大气氧化过程的影响。
此外，研究发现，在同一季节内，总体上气象参数（风速、气温和相对湿度）对荧光颗粒物的浓度并无显著影响。
(3)类蛋白生物气溶胶在北京夏季的大气中占有重要比例（9.2％±4.8％）。与气象要素（气温、相对湿度、风速）相比，NO2和O3这两种氧化性气体成分更能解释类蛋白生物气溶胶的数浓度的变化。通过对比分析，研究发现类蛋白生物气溶胶的数浓度和粒径分布在不同的NO2和O3浓度下呈现不同特征，但因为无法完全剔除燃烧源的干扰物（如黑碳、PAH等）的影响，阻碍了利用WIBS探究大气中氧化性气体对生物气溶胶的影响，研究指出了利用荧光方法对研究生物气溶胶老化过程的局限。
生物气溶胶的种类及其含有的化学组分非常复杂，这些颗粒物的溶解性、极性和催化活性等物理、化学和生物性质复杂多样，生物气溶胶的活性及代谢状态也存在巨大区别，这些因素都给生物气溶胶的检测与分析带来了挑战。基于荧光光谱技术的在线生物气溶胶检测器具有高时间分辨率、非破坏性和简单易用的特点。但采用荧光光谱技术的在线仪器在表征生物气溶胶尤其是特定种类气溶胶上，还存在方法上的不确定性。
虽然生物气溶胶具有重要大气环境和生态效应，但相比其他气溶胶成分，在全球范围内对生物气溶胶的观测仍很缺乏，尤其是利用在线荧光光谱这种新技术。对于新技术的应用，首先有必要在方法学上进行探究，评估与解决利用荧光光谱技术解析生物气溶胶所面临的问题。新的测量方法可以提供对生物气溶胶的新的认识角度。生物气溶胶的来源、排放方式、时空分布及其影响因素是大气科学里的重要基础问题，目前外场观测的缺乏需要在更多大气环境中进行生物气溶胶的观测，以了解其基本特征。另外，对初次生物气溶胶在大气中的老化过程的理解是评估其大气、生态和健康效应的必要基础，但这部分仍缺少外场观测的支持。
因此，基于以上问题与不足，本研究首先分析了在线荧光光谱仪器(Wideband Integrated Bioaerosol Sensor，WIBS)表征真菌孢子的效果;然后，从海洋、沿海、城郊到城市的系列大气环境中使用WIBS对生物气溶胶进行在线观测，测量气溶胶的荧光光谱和粒径等参数，并结合其他在线和离线生物与非生物成分的分析，探究生物气溶胶的来源和重要影响过程;最后，利用WIBS的高时间分辨率特点，结合其他气体和气溶胶成分的多参数在线数据，探究城市大气中生物气溶胶的老化过程及对其进行观测的方法。本研究利用了西北太平洋、日照（沿海）、南京城郊、北京以及泰山的观测来探究以上问题。得出主要结论如下:
(1)用WIBS表征真菌孢子的效果与设定的荧光阈值有关。在泰山山顶春季的观测显示相比应用3σ-阈值，应用6σ-阈值能显著可以优化对真菌孢子的表征。但在北京夏季的观测中，应用3σ-阈值对真菌孢子的表征更优。荧光阈值的设定对某一类生物气溶胶的表征效果并不是恒定的，和所处的环境有关，这可能与大气中此类荧光生物气溶胶和其他生物气溶胶以及非生物荧光干扰物的相对含量有关。作为初步估计，在生物气溶胶排放显著且无明显干扰物来源（如燃烧过程）的环境中，应用3σ-阈值对于表征真菌孢子是可行的;而对于生物气溶胶排放不显著或干扰物排放强烈的环境，应用较高荧光阈值（如6σ）可以提高对真菌孢子表征的效果。
(2)对比海洋、沿海、城郊到城市的梯度观测，并与目前文献中报导的其他大气环境中的荧光颗粒物特征进行比较后发现，城市大气中荧光气溶胶的数浓度较高(102～103L-1)，海洋大气中的荧光气溶胶浓度比城市地区低1～2个数量级，但海洋大气在受强烈陆源排放影响时的生物气溶胶浓度也可达到甚至超过陆地环境中的浓度。另外，不同空气团影响下的海洋大气气溶胶的游离氨基酸的组成存在显著差别，陆源影响下的样品中可活化为CCN或IN的游离氨基酸的比例(＞58％)比远洋气团影响下的大气更高(～40％)，表明陆源排放经远距离传输到海洋的气溶胶组分可能会影响海洋大气中云的形成，进而影响辐射效应。另外，通过生物气溶胶和风速的相关关系看出，虽然风致泡沫爆裂过程可从海表向大气排放生物气溶胶，但是大部分类细菌和类真菌孢子的生物颗粒物的主要来源仍主要可能为远距离输送。
荧光气溶胶的日变化特征显示FL1类气溶胶受局地排放影响，不同种类的荧光生物气溶胶的排放特征也有差别，排放过程出现在不同的时刻。通过和同期多种气溶胶成分的相关关系，分析了分粒径的不同种类的荧光气溶胶的来源及可能受大气中主要非生物荧光干扰物的具体影响，本研究详细探讨了WIBS表征的生物气溶胶组分的种类分布及受潜在干扰物的影响。城市中FL1类荧光气溶胶可能部分来自餐饮排放;尘源颗粒物是粗颗粒物荧光颗粒物的一个重要来源;FL-B、-BC和-C类颗粒物可能受到大气氧化过程的影响。
此外，研究发现，在同一季节内，总体上气象参数（风速、气温和相对湿度）对荧光颗粒物的浓度并无显著影响。
(3)类蛋白生物气溶胶在北京夏季的大气中占有重要比例（9.2％±4.8％）。与气象要素（气温、相对湿度、风速）相比，NO2和O3这两种氧化性气体成分更能解释类蛋白生物气溶胶的数浓度的变化。通过对比分析，研究发现类蛋白生物气溶胶的数浓度和粒径分布在不同的NO2和O3浓度下呈现不同特征，但因为无法完全剔除燃烧源的干扰物（如黑碳、PAH等）的影响，阻碍了利用WIBS探究大气中氧化性气体对生物气溶胶的影响，研究指出了利用荧光方法对研究生物气溶胶老化过程的局限。