空气污染是制约城市与区域发展的重要限制性环境因素,会给人体健康、社会经济和生态环境带来直接和间接的消极影响。随着近年来中国城市的快速发展,我国城市空气质量正面临着前所未有的挑战。从基于环境化学的源头治理到利用城市形态的综合治理是改善空气质量途径的重要转变。然而,局限于数据的可获取性和理论方法的不成熟,长期以来对城市形态与空气质量的研究较为有限。本研究基于2015年全国334个地级行政区的城市实际边界（提取土地利用/覆盖数据中的城镇用地）、空气质量指标（PM2.5、PM10、O3、NO2和SO2浓度）和本文所构建的多层级城市复合形态测度指标系统（包括城市物理结构、社会经济、人类活动强度和支撑管理层）,深入了解了城市复合形态与空气质量的影响关系。首先,采用2015年1月1日到2015年12月3 1日的逐日气象和地面空气质量监测数据,利用空间统计、全局和局域空间自相关分析和热点分析等方法,研究了全国各空气质量指标在稳定气象条件（风速低于4m/s,无雾、雨和雪等特殊天气状况）下年均浓度的全国空间分布特征及其质量评价。为进一步了解区域空气质量特征,本文探究了七大地理分区（华东、华北、华中、华南,西南,西北和东北地区）和七大城市群（长三角、京津冀、长株潭、珠三角、成渝、关中和辽东半岛城市群）两个地理尺度上各空气质量指标的区域特征与质量评价。其次,为全面表征城市形态,本文利用土地利用/覆盖、人口空间化、社会经济和兴趣点等数据,在以往多以物理结构和社会经济要素为主的城市形态基础上,叠加了城市人类活动强度和支撑管理层要素,构建了多层级城市复合形态测度指标系统。然后,本文在各空气质量指标与城市复合形态系统各测度指标之间两两对应地建立了 150个回归方程,重点探究了二者的影响关系,并在区域尺度上分析了城市复合形态与空气质量关系的区域空气质量改善途径。最后,通过建立城市复合形态与空气质量的结构方程模型（SEM）,综合探究了二者的影响关系。本研究为系统理解城市复合形态与生态环境问题提供了科学的研究案例,为今后精细化地理解人-地系统的复杂关系提供了新的视角。主要研究结果如下:（1）2015年我国空气污染较严重,其中PM2.5、PM10和SO2的年均浓度均超过世界卫生组织的《空气质量标准》（AQGs）,全国所有城市的PM2.5和PM10均超标,有60%的城市NO2超标,20%的城市SO2超标。各空气质量指标（PM2.5、PM10、O3、NO2和SO2）具有显著的空间自相关性和集聚性,Moran’s Ⅰ指数（分别为0.692、0.568、0.157、0.469和0.523）均大于0且达到0.01的显著水平。全国空气污染高值区主要集中在华北平原（以PM10和PM2.5为主）、新疆西南部（以O3为主）和东北地区（以SO2为主）部分地区,低值区主要位于西南与华南等地。（2）通过指标间两两建立的150个回归方程可知,城市复合形态对空气质量发挥着不可忽视的作用。随着城市人口规模、城镇用地、道路面积、绿地面积、社会消费品零售总额、全社会用电总量、全社会供气总量增加,空气污染均会加重。城市结构的形状复杂度越大,聚集度越小,空气质量越好。达一定规模的城市复合形态物理结构和社会经济层指标有缓解空气污染的趋势。人类活动强度与空气质量的影响关系显著。多数城市的支撑管理投入与空气质量的需求尚不平衡,需加大投入。（3）城市复合形态与空气质量结构方程模型拟合度较好且CFI和NFI（分别为0.934和0.946）均大于0.9。结果显示,城市复合形态物理结构层（W）、社会经济层（E）、人类活动强度层（R）和支撑管理层（Z）对空气质量的路径系数分别为0.21、0.26、0.54和-0.81,即人类活动强度层比物理结构和社会经济对空气质量的影响关系更强,支撑管理的大力投入会明显缓解空气污染。（4）七大地理分区中,华南地区的空气质量较好且与城市复合形态较为协调,华东地区的空气质量在城市形态要素影响下得以改善。华北地区和华中地区的空气污染应分别与能源消耗量大、土地粗放利用和产业结构不合理有关。西北、东北和西南地区人类活动强度和支撑管理水平较低且区域空气质量差异较大。七大城市群中,京津冀与长株潭城市群空气污染较为严重,珠三角城市群发展模式较科学。关中、成渝和辽东半岛的城市群需通过提高城市活力来改善空气质量。在今后空气污染治理工作中,应结合不同区域的污染特征作针对性地综合治理。