以二氧化碳为主的温室气体排放增加而导致的气候变暖问题是影响和制约社会可持续发展的重要因素。交通活动是人类活动产生CO₂排放的三大主要来源之一,城市作为人类活动主要场所,承担了绝大多数的交通运输活动,道路机动车是城市交通的主要方式,贡献了绝大多数的城市交通排放。因此,如何更准确地估算城市道路机动车排放及其分布特点,对于交通行业开展节能减排具有重要作用。在进行城市层面的交通排放估算方面,传统的方法侧重于运用能耗统计数据对不同类型交通活动排放总量的估计,忽略了交通排放在时间和空间上分布的不均衡性。大数据技术的兴起使得运用出租车GPS数据探索城市交通排放的时空分布特征成为可能。在此背景下,本文介绍了基于出租车GPS数据的城市道路机动车CO₂排放测算方法,从城市交通排放产生的源头入手,利用出租车GPS轨迹数据和道路交通调查数据提取道路交通运行特性,在总结分析已有交通排放模型及其适用性的基础上,基于不同能源类型提出了考虑燃料寿命周期的路段分时段机动车动态CO₂排放因子和排放量测算方法。并以西安市为例,采用提出的路段机动车CO₂排放测算方法对西安市三环内不同道路类型的小汽车CO₂排放情况进行测算并刻画其分布特征。最后,分别采用模糊C均值聚类方法和空间自相关模型进一步挖掘了西安市三环内主干路上机动车CO₂排放因子和排放量的时空分布特征,并选取道路属性、城市用地特征、建成环境及交通设施供给等方面共12个潜在影响因素建立了空间回归模型分析路段机动车CO₂排放量的影响因素。研究结果表明:（1）道路机动车CO₂排放因子在时空分布上具有明显的规律性,不同类型道路的排放因子中支路最高,快速路最低,次干路和主干路次之。（2）不同类型道路贡献的CO₂排放量存在显著差异,主干路贡献了大部分的排放量;出租车与私家车排放量日分布存在明显差异,在晚上9:00之后私家车的CO₂排放量降低明显,但出租车排放量会出现小高峰。（3）研究区域内CO₂排放因子较高的路段主要集中在市中心及城市西南方向高新区区域,较低的路段主要分布在城市外围路网密度较低的区域。（4）路段上CO₂排放量在空间中存在明显正相关,研究区域内的高排放路段主要集中在环城路、二环路以及南北中轴线上。（5）短路段、用地多样性高、商业用地和公共用地较多的区域会产生更多CO₂排放;工作日高峰时期,单行道相比双行道有较低CO₂排放。本文提出的城市道路机动车CO₂排放测算方法能够从路段层面对城市道路交通排放进行动态估算,实现从不同时空维度更细致地挖掘机动车交通排放对城市环境的影响,帮助制定有效的交通减排策略,对开展可持续的城市交通规划与管理具有重要意义。