氮氧化物（NOx）是对流层大气中重要的前体污染物,对人体健康和生态环境有直接和间接的危害,与化石燃料燃烧、生物质燃烧等人类活动密切相关。卫星遥感技术能够大范围有效监测对流层二氧化氮（NO2）浓度,其中对流层监测仪（TROPOMI）提供高时空分辨率的对流层NO2柱浓度数据,这为更精确地自上而下定量估算NOx排放提供了可能。借助TROPOMI卫星观测数据和风场再分析资料,本研究提出了基于大气化学质量守恒的自上而下NOx排放估算逆向模型,以自下而上排放清单为先验知识构建了NO2浓度和NOx排放的关系。在模型的基础上基于稳健的统计学方式,通过拟合模型各项的权重,量化了影响NOx排放估算的物理化学因素,实现了高时空分辨率的NOx排放定量估算。并基于获得的每日自上而下NOx排放数据集,进一步结合排放清单的NOx排放和二氧化碳（CO2）排放比率推算城市化石燃料CO2排放量。本研究首先对排放源相对孤立的能源金三角地区进行NOx排放估算和分析,并深入分析模型在该地区应用的具体表现,结论如下:（1）模型系数拟合值的频率密度随季节发生规律变化,且总体而言各系数取值范围分布均在合理区间;（2）排放估算结果的逐月均值变化较小,全域平均排放通量月均值变化在0.37-0.58μg m-2 s-1之间,时间变化趋势和先验排放清单接近,空间上排放高值的分布与当地火电厂分布吻合。在此基础上,本研究进一步对复杂排放源的城市群进行NOx排放估算,通过对我国东部城市群（长三角、粤港澳大湾区、京津冀）的NOx排放估算分析,得到如下结论:（1）2019年长三角城市群的NOx排放集中在上海、江苏南部和浙江杭州、宁波等地,其中NOx排放量最大的城市为上海市,其排放总量约8.14×10~5吨;（2）粤港澳大湾区的NOx排放集中在围绕珠江出海口的广州、深圳、东莞、香港等城市,其中广州市2019年NOx总排放量约为2.93×10~5吨,香港特别行政区总排放量约为0.41×10~5吨;（3）京津冀城市群NOx排放集中在北京、天津、唐山、石家庄等城市主城区,其中北京市2019年NOx总排放量约为6.34×10~5吨。基于以上各城市自上而下的NOx排放估算结果,本研究推算了我国各城市2019年化石燃料CO2排放量。结果表明,京津冀、长三角、粤港澳大湾区的化石燃料CO2排放量最高城市分别为唐山市、上海市、广州市。本研究提出的模型和统计方法可适用于未来卫星观测,不依赖化学传输模式,计算代价小、方式灵活,能够快速有效地完成NOx排放估算,并探究了自上而下NOx排放估算在CO2排放估算研究中的作用。该论文有图35幅,表5个,参考文献142篇。