近年来,随着人们生活水平不断提高,对环境问题也越加重视,尤其是大气污染问题已成为日常关注的焦点。PM_2.5作为大气污染的重点防治对象,对人体和环境构成巨大威胁,湖南省经济快速发展的同时,如何治理和控制PM_2.5是当前面临的一大难题。本文收集到2014.6～2018.5月的大气污染数据,利用数理统计方法详细分析湖南省PM_2.5浓度在不同时序下的变化特征,采用空间地统计分析研究湖南省PM_2.5空间分布规律,运用空间自相关分析方法分析湖南省PM_2.5空间聚集特征,最后利用灰色关联分析法和深度神经网络模型等方法探究了湖南省PM_2.5与其它大气污染物、气象因素和社会经济因素之间的关系。主要结论如下:（1）湖南省PM_2.5年均浓度持续下降,季节变化上,PM_2.5浓度高低依次为冬季>春季≈秋季>夏季,呈现出波浪式起伏规律,波峰出现在每年的冬季,谷底出现在每年的夏季;月度变化上,6-8月PM_2.5浓度全年最低,12-1月PM_2.5浓度最高,9、10月PM_2.5浓度受焚烧秸秆影响较大;日变化上,PM_2.5浓度白天11:00点和夜间22点左右达到波峰。（2）湖南省PM_2.5污染总体呈现出由东向西、由中部向南部逐渐减弱的特征;春秋两季PM_2.5污染趋势相似,呈自西向东,中部向南部递减趋势;夏季PM_2.5浓度向西北方向和东南方向两侧递减;冬季PM_2.5污染呈斑块状分布;统计得出长沙市、株洲市、湘潭市和衡阳市污染天数较多,湘西州污染天数最少。历年冬季期间长株潭地区污染严重,湘西州、张家界市和郴州市PM_2.5污染相对较轻。（3）2015²017年全局Moran’s I指数基本为正值,表明湖南省PM_2.5污染存在空间依赖性,PM_2.5浓度较高或较低的城市空间上趋于相邻。局部空间自相关分析表明湖南省PM_2.5存在空间聚集特征,表现出H-H聚集特征的是长株潭地区,L-L聚集区是湘西州。（4）PM_2.5与PM₁₀具有密切关系,湖南省PM_2.5/PM₁₀均值为0.62,PM_2.5/PM₁₀比值范围为0.52-0.76,长沙市比值最高;凌晨至08:00期间PM_2.5/PM₁₀比值不断上升,至08:00点PM_2.5含量达到全天最高,白天至夜间PM_2.5/PM₁₀比值整体为下降趋势;PM_2.5与SO₂、NO₂、CO具有显著正相关关系,表明SO₂、NO₂、CO浓度升高会加剧PM_2.5污染。PM_2.5与O₃具有较弱的负相关关系,说明O₃浓度上升具有降低PM_2.5的作用。PM_2.5与气压呈显著正相关关系,PM_2.5浓度随气压增高而增加;PM_2.5与风速具有较明显的负相关关系,风速与风向决定大气污染物的稀释速度与传输方向;PM_2.5与温度具有明显的负相关关系,温度升高有利于降低大气中PM_2.5浓度;PM_2.5与相对湿度具有较明显的负相关关系,相对湿度变大,空气中水汽含量增加,可有效降低PM_2.5浓度;PM_2.5与降水量具有负相关关系,是降低PM_2.5浓度有效方式。基于神经网络模型分析得出PM₁₀、SO₂、NO₂、CO浓度上升会加剧PM_2.5污染,风速、温度、相对湿度升高则会降低PM_2.5污染,且同类影响作用因素会呈“联合”态势扩大对PM_2.5的影响。（5）各项社会经济因素对PM_2.5浓度的影响程度依次为:城市化水平>建成区绿化覆盖率>产业结构>汽车保有量>人口规模>城市人口密度>经济发展水平>能源消费量>全社会用电量>烟粉尘排放量。且各项社会经济因素对PM_2.5浓度影响在不同城市存在空间差异。