改革开放以来,中国的经济发展取得了显著的成效,与此同时,中国的城市化进程也取得了长足的发展。然而,城市化进程引起的城市能源消耗日益增加是中国能源消耗总量高居不下的重要因素;在城市内部,交通运输是城市能耗的重要来源且占比逐年提高。交通行业在消耗大量一次和二次能源的同时,也造成了大量的温室气体排放和雾霾。城市交通设施的增长速度往往跟不上人们通勤、出行的需求,造成了越来越严重的“城市病”。地铁作为一种高效的公共交通系统,被认为是解决城市交通问题的重要形式。地铁的开通,毫无疑问能够缓解交通压力,满足城市居民通勤需求。然而,地铁开通对于城市空气质量的影响仍待检验。本文首先通过文献梳理,发现目前学术界对于地铁是否能影响城市空气质量尚无定论,已有研究多局限于某一城市或某一条线路,缺乏对城市层面的整体研究,并且缺乏对地铁影响城市空气质量的机制探究。理论分析从交通负外部性和空气污染治理两个层面出发,探寻了地铁影响城市空气质量的机制,并推导出地铁服务影响城市空气质量的理论模型。同时,为了丰富该领域的研究,并提供一个探究地铁影响城市空气质量机理的新视角,本文将城市开通地铁服务作为一次准自然实验,基于中国78座大型城市2003年——2018年的面板数据,利用双重差分法识别地铁开通对城市空气质量的影响,并进一步探究城市交通能耗在这一影响中的中介效应,最后本文还通过车辆保有量和年均行驶里程进一步探讨地铁对城市路面交通的替代作用。本文的研究表明,开通地铁服务能显著降低城市空气污染水平,提升城市空气质量,地铁开通能降低城市空气质量指数AQI约0.7个单位。机制研究表明城市地铁开通通过降低城市人均交通能耗来提升城市空气质量。地铁开通表现出一定程度上的交通替代效应,促进城市居民出行方式的转变,其交通创造效应并不明显,但地铁的交通替代效应受其规模和强度限制,并未完全改变城市居民依赖汽车出行的整体格局。本文的研究为进一步发挥地铁在改变城市交通格局、降低城市交通能耗、提升城市空气质量等方面作用提供了理论与实证依据。