当前我国大多城市面临着以高浓度PM2.5和臭氧为特征的大气复合型污染问题，而开展大气复合污染的控制决策分析，需要解决准确、快速、有效三个方面的难题。本研究旨在开发一种高效可靠的排放-环境效应非线性复杂系统模拟技术，为多目标-多污染物-多区域的大气污染协同控制决策提供理论与技术支持。研究建立了高时空分辨率、多尺度嵌套的中国大气污染物排放清单，采用第三代空气质量模型Model-3/CMAQ对中国地区2005年空气质量进行模拟，通过与卫星及地表观测资料的比较，验证了排放清单以及模拟系统的可靠性。借助仿真实验手段，建立了大气污染物排放-空气质量曲面响应模型（RSM），并采用交叉验证、外部验证和等值线验证的方法对RSM系统的可靠性进行了评估。在此基础上，提出分别以臭氧峰值率和硝酸盐弯曲率作为评价臭氧及颗粒物化学的指标，考察了其在东部地区的时空分布特征；针对重点区域及城市，解析了不同行业和区域大气污染物排放对其臭氧和细粒子污染的贡献，并通过三个实际应用案例，探讨了RSM在控制决策中的应用。结果表明，研究建立的RSM模型系统快速、准确，满足了大气复合污染控制决策分析的需求。基于描述臭氧化学的臭氧峰值率指标，发现臭氧化学时空差异明显，从城区到郊区、从地表到高空，均存在明显从VOC控制到NO_x控制转化的过程。NO_x控制更有利于削减区域及高污染时段的臭氧浓度。北京、上海广州三个城市夏季的臭氧污染同时受到本地和外来源排放的贡献。对于北京，本地NO_x排放是主要贡献来源；上海主要受到浙江与江苏排放的影响，本地排放的贡献很小。区域大范围的NO_x排放控制是解决区域大气臭氧污染的关键。基于描述颗粒物化学的硝酸盐弯曲率指标，发现污染较重的华北和长三角地区，主要处于富氨状况，发生高浓度硝酸盐时段也呈现明显的富氨状况。北京、上海和广州的夏季细粒子均呈现明显的区域污染特征，针对本地排放控制无法得到有效改善，需建立区域多污染物的联防联控机制。