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大气气溶胶会对全球和区域气候、云和降水过程、区域生态和环境以及人类健康产生重要影响。我国华北平原是全世界气溶胶污染最为严重的地区之一，其气溶胶物理化学特征具有复杂性和特殊性。气溶胶光学和活化特性决定了气溶胶的天气、气候和环境效应，因此研究气溶胶光学和活化特性具有较高的科学意义和实际应用价值。本文基于2009年到2012年间在华北平原北部进行的4次大型气溶胶外场综合观测中所获得的气溶胶物理特性资料，详细研究了气溶胶数浓度谱分布、光学特性、吸湿特性、活化特性以及黑碳混合状态的统计特征和变化规律。并且利用一系列新的拟合方法分别对不同季节气溶胶数浓度谱分布和分粒径活化率进行了拟合，给出了华北平原北部气溶胶数浓度谱分布和分粒径活化率的参数化方案。 气溶胶中黑碳的混合状态可能影响气溶胶光学和吸湿活化特性，从而影响气溶胶直接和间接辐射效应。本文提出了一种基于实测的气溶胶数浓度谱分布、黑碳质量浓度和气溶胶半球后向散射比推算黑碳混合状态信息的新方法。将此方法应用于实际观测数据后发现，华北平原北部气溶胶中黑碳的混合状态呈现出明显的日变化。同时发现，黑碳混合状态对气溶胶活化特性有明显影响，100nm气溶胶的活化率会随着外混合黑碳比例的升高而降低。 气溶胶活化率研究的重要目的之一是计算云凝结核数浓度，计算需要基于气溶胶吸湿性参数，而通过气溶胶光学吸湿增长因子观测可以比较容易地得到气溶胶吸湿性信息。本文利用一种改进的方法基于气溶胶光学吸湿增长因子和气溶胶数浓度谱分布数据推算出了气溶胶吸湿性参数，并结合实测的数浓度谱分布计算了云凝结核数浓度，并与DMT云凝结核计数器的实际观测结果进行了比较，结果显示，计算的CCN浓度与实测值呈现出很好的相关性。 作为观测数据在实际环境中气溶胶吸湿活化过程研究中的应用，本文基于观测得到的气溶胶物理性质，推算了起雾时气溶胶活化过程中的等效过饱和比，通过建立起来的活化率曲线和过饱和比的对应关系，估计得到一次辐射雾的爆发性起雾过程中环境等效过饱和比约为0.025％。另外，本文还提出一种新的基于实测PM2.5、能见度和相对湿度来分辨雾和霾的新方法。 同时，本文还对一些气溶胶观测技术和数据处理方进行了改进和创新。提出了一种改进的校正TSI3563型浊度计角度截断和非理性光源误差的方法，提出了一种改进的四模态气溶胶数浓度谱分布拟合方法并基于此给出了由个别粒径吸湿增长因子观测推断全粒径段吸湿增长因子的方法，另外还对DMT云凝结核计数器过饱和比标定方法进行了改进。