综合运用时空统计、剪刀差、地理加权回归等手段分5个阶段从人口、土地、经济角度研究了2001～2015年中国大陆地区城镇化水平与PM_2.5浓度的时空分布以及相互关联特征.结果表明:2001～2015年,我国3a均人口、土地、经济城镇化水平平均值稳步提高,PM_2.5浓度波动上升（44.14～50.89μg/m³）,不同经济区之间时序变化趋势相似但强度存在差异.不同阶段PM_2.5浓度空间分布趋势基本一致,京津冀、河南与山东北部、新疆西部等地区始终为高值区,3类城镇化水平高值区域逐步扩大.城镇化水平的时序变化趋势与PM_2.5浓度随时间变化的趋势存在差异（切线夹角:15.33°～62.92°）,难以解释PM_2.5浓度在时间上的突变.城镇化水平与PM_2.5浓度空间分布关联特征显著,土地城镇化水平与PM_2.5浓度在0.01水平上正相关,其相关系数依次为东北（0.609～0.723）>中部（0.572～0.631）>东部（0.218～0.323）>西部（0.079～0.255）,除中、西部地区外,经济城镇化水平对PM_2.5浓度正效应明显,东北地区人口城镇化水平与PM_2.5浓度负相关,GWR模型调整R²在2001～2003年阶段最高（0.6～0.77）,2013～2015年阶段最低（0.08～0.64）.