随着我国经济持续稳定的发展,居民生活水平得到快速改善,有效地带动了机动化水平和旅游业的兴起,这些因素又促进了交通运输业的快速发展。交通运输业的发展不仅消耗了大量的能源,而且排放了大量的二氧化碳和其它有害气体。目前,交通部门是继电力和钢铁行业外排名第三的温室气体排放部门,其节能减排问题逐步成为了学者们研究的重点。利用四个直辖市和四个交通部门（水路、铁路、公路、航空）8种能源消耗量的数据,本文对传统的Kaya恒等式进行了扩展,建立了影响交通部门二氧化碳排放的因素的对数平均迪氏指数（LMDI）分解模型,将影响二氧化碳（CO₂）排放的驱动因素扩展分解为能源结构、交通结构、能源强度、交通强度、人口规模和收入6个重要且相关联的因素,从时间角度探析了四个直辖市2000-2015年碳排放的纵向变化趋势;在此基础上,利用双边区域空间分解模型（B-R）从空间角度分析了对四个直辖市碳排放差异的影响因素,对影响我国直辖市交通部门碳排放的驱动因素进行量化和探究。经过分析和研究,得出以下结论:第一,我国直辖市交通部门总的碳排量呈现出上升趋势,同时,每个部门（公路、水路、航空和铁路）碳排放增长量也在不断提高,其中上海和北京是排放最高,占比达到32.26%和30.02%;公路部门二氧碳排放的比重最大,占比高达49.12%。第二,从时间分解计算结果分析得出,能源强度和运输强度是抑制我国四个直辖市交通部门二氧化碳排放变化量的重要因素,于此相反,收入水平是造成我国直辖市交通部门碳排放量大幅度增加的主要正驱动因素;从空间分解结果来看,进一步揭示了收入因素、能源结构因素和运输结构因素是导致四个直辖市间碳排放差异产生的主要影响力,然而,运输强度因素和能源强度因素则对我国直辖市交通部门产生的差异性起到了很好的抑制作用;最后,本文依据我国现实情况以及计算的结果,提出了具有针对性的减排解建议,此减排方案也可以作为其它减排部门以及地区的理论依据和政策支撑。