黄河沿线城市环境空气质量改善是推动其流域生态保护和高质量发展的重要环节。本文基于2015-2019年黄河沿线71个主要地级城市（州、盟）空气质量指数（AQI）及6种组成污染物数据,采用统计分析、反距离权重法、经验正交函数方法（EOF）和探索性空间数据分析方法（ESDA）等,结合二维与三维可视化,探究了空气质量的时空分布、异常变化、空间集聚特征。以2016年和2017年黄河沿线61个主要地级城市为例,基于城市AQI与社会经济数据,构建沿黄主要城市空气质量的社会经济影响指标体系,引入BP神经网络改进DEMATEL模型,识别分析了空气质量的关键社会经济影响因素及因素间相互影响关系;引入OLS和GWR模型结合二维与三维可视化,探究了空气质量与关键社会经济影响因素的时空关联特征。依据研究结果,讨论了改善黄河沿线城市空气质量的有效措施。主要结论如下:（1）2015-2019年研究区空气质量逐年好转,O3逐渐取代PM10成为年度首要污染物。空气质量总体呈“秋好冬差,春夏居中”季节性特征,且有冬季逐年变好,夏季逐年变差趋势。AQI月均值呈“W”型分布,1月空气质量最差,9月空气质量最好;O3浓度呈“倒V”型分布,重点调控月份为5-7月,PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO等5项污染物呈“U”型分布,重点调控月份为1月和12月。（2）空气质量总体呈“西好东差”空间分布特征,各地区AQI均值随年份变化有不同程度下降,下游地区降幅最为明显。空气污染区域呈“冬大秋小,春夏居中”特征,8、9月份最小,12月份最大,重点调控月份为1、2、5、11、12月,重点调控区域为河南、山东、山西、陕西的大部分城市及甘肃、宁夏的部分城市,5月份还需重点调控上中游交界处内蒙古的部分城市。（3）空气质量年度异常变化局部特征明显,上中游及中下游交界处不同年份存在空气污染相互输送的变化规律。季节与月度异常变化相似,均存在“全区一致”和“东南-西北型”两种变化规律,空气污染3-7月份存在东南朝西北方向输送的变化规律,其余月份存在西北朝东南方向输送的变化规律。（4）空气质量在年、季节、月尺度下均存在较强的空间正相关性,集聚特征随年份变化先减弱后增强,随季节交替持续增强,随月份变化波动明显。AQI高值主要集聚在东部下游城市,低值主要集聚在西部上游城市。高值集聚范围随年份和季节波动变化,5月呈西北-东南地区双中心分布,其余月份在东部地区呈单中心分布。低值集聚范围随年份和季节变化总体增大,春季最小,冬季最大,1、2、12月呈西-北地区双中心分布,其余月份在西部地区呈单中心分布。（5）工业烟粉尘排放量、人均GDP为空气质量的强驱动因素,是调控空气质量的根本性因素。工业烟粉尘排放量与AQI呈正相关,重点调控区域为甘肃、宁夏和陕西南部的大部分城市;人均GDP与AQI在2016年主要呈负相关,2017年主要呈正相关,重点调控区域为青海、甘肃、宁夏及陕西西部的大部分城市。（6）工业用电总量、公路货运量为空气质量的强特征因素,与AQI主要呈正相关,是调控空气质量最直接的因素。工业用电总量回归系数由北向南逐渐减弱,重点调控区域为甘肃、宁夏、陕西西部的大部分城市及山西、内蒙古北部的部分城市;公路货运量回归系数由西向东逐渐减弱,重点调控区域为甘肃、宁夏、陕西的大部分城市及山东、河南的部分城市。