随着现代工业的不断发展，城市经济飞速发展、规模不断扩大，人类生产生活排放了大量的空气污染物，很多城市的空气质量开始恶化，严重影响了人类身心健康、生态平衡和社会发展，大气环境污染成为我国各大城市关注的焦点。为了有效的治理大气环境污染，需要对城市空气质量做出科学的评价，研究其变化趋势和主要影响因素，并提出合理的建议和改进措施，为城市环境管理和大气污染治理提供科学依据。本文在梳理了国内外关于空气质量评价和影响因素的研究历程、研究内容以及成果的基础上，分析并掌握了灰色系统的基本概念、研究内容和运算方式，构建了改进的灰色聚类和灰色关联分析模型，并应用到武汉市大气环境研究中。本文分析了武汉市2002²011年期间的SO₂、NO₂和PM10的变化趋势，并以2002²011年期间的空气质量作为10个聚类对象，以SO₂、NO₂和PM10三种主要大气污染物年均浓度值作为聚类指标，分四个灰类利用改进的正态分布灰色聚类模型进行聚类分析。结果表明，武汉市2002²011年期间SO₂年均浓度先上升后下降，NO₂年均浓度先下降后上升，PM10年均浓度呈逐渐下降趋势，空气质量总体上逐渐提高，均为Ⅱ类，首要污染物为PM10。本文在查阅相关文献的基础上，结合武汉市发展特点，提炼出了7个类别共24个空气质量影响因素，通过专家咨询、问卷调查的方式筛选出15个主要影响因素作为比较序列，以SO₂、NO₂和PM10在2002²011年期间的年均值作为参考序列，使用改进的灰色关联模型进行关联分析。结果表明，武汉市的空气质量影响因素主要集中在第二产业比重、城市总人数、人均公共绿地面积、工业SO₂排放量、能源消费量等方面，在此基础上提出了改善武汉市空气质量的一些建议措施。