全球气候变化是21世纪人类面临的最复杂的挑战之一。城市承载了人类的各项生产和生活活动,消耗大量的碳基能源,成为了温室气体排放的主要源头,对气候的影响也与日俱增。因此,城市作为碳排放管理的主战场,成为了低碳研究的热点。尽管"低碳城市"的理念出现于应对全球气候变化,但是城市对于碳基能源的需求和消耗从城市发展最初就开始了,因此,从城市发展的角度,研究低碳城市发展的时空规律,不仅仅是对城市发展阶段理论的补充,更是对低碳城市理论完善。目前,低碳城市的研究从理论到核算方法以及具体的低碳城市实践,从宏观到微观,涉及面广,研究方法多样。然而,缺乏一条理论主线将上述研究内容衔接起来,这正是本文进行低碳城市发展阶段研究的目标。低碳城市发展阶段研究将进一步揭示城市低碳发展规律,低碳城市发展阶段的判定,是低碳理论中一个基础的、核心的问题,科学判断城市所处的低碳发展阶段,对城市未来的发展路径起着十分重要的导向作用。中国城市数量众多、类型多样,发展水平和资源禀赋各异,在低碳城市建设中更需要考虑发展阶段的差异。本文从低碳视角研究城市生命周期规律,从理论层面研究中国低碳城市发展规律和展阶段,深入剖析各个发展阶段特征和驱动力,构建解释结构模型,解析影响中国低碳城市发展的规模因素、结构因素、技术因素和制度因素之间的层级关系,以中国285个地级及以上城市为研究对象,分析中国城市碳排放时空分异,研判了中国城市的低碳发展阶段,并通过情景分析与预测,提出能源环境约束下的中国城市低碳发展路径。主要结论如下:(1)基于城市发展过程中对碳基能源的需求,提出低碳城市发展阶段划分方式,以及各阶段的发展特征。按照城市碳排放经历了"低排放-高排放-低排放"的倒U型演变趋势,低碳城市可划分为初级阶段、成长阶段和高级阶段。初级阶段,碳排放量处于较低水平并平稳上升,成长阶段,碳排放量先升后降;高级阶段,城市碳排放量在经历了第二阶段快速下降后保持在一个比较低的水平。其中,成长阶段又可以细分为三个阶段:急速上升阶段,城市扩张,人口迅速集聚,工业部门蓬勃发展,使碳基能源密集使用,碳排放量急速上升;锁定阶段,城市在这个阶段仍将依赖高碳能源或发展高碳产业,尽管经济发展与碳排放强度脱钩,但受技术和制度等影响,城市碳排放减速上升,直至碳排放拐点出现,这个阶段城市处于碳锁定状态;解锁阶段,即城市碳排放量峰值被突破,出现拐点呈下降趋势。(2)通过对285个地级及以上城市的实证研究,分析中国城市碳排放时空分异特征。首先,城市碳排放量特征,城市碳排放量随时间显著提高。高碳排放类型城市主要分布在长江三角洲地区、珠江三角洲地区、环渤海地区等优化开发区域,以及冀中南地区、中原经济区、成渝地区、长江中游地区等重点开发区域,以北京、上海、深圳、天津、重庆、广州、武汉、郑州等大型城市位核心的区域。较高碳排放类型城市、较低碳排放类型城市和低碳排放类型城市这三类城市分别分布在优化开发区域/重点开发区域中高碳排放类型城市的周边,呈现出四类型城市交错分布的特征。第二,城市碳排放强度特征,城市碳排放强度随时间呈下降趋势,高碳排放强度类型城市主要分布在宁夏沿黄经济区、中原经济区以及北部湾地区。较高碳排放强度类型城市范围也逐年缩小,主要分布在东北地区、华北地区、西南地区及江淮地区。高碳排放强度城市、较高碳排放强度城市、较低碳排放强度城市和低碳排放强度城市呈现出跳跃分布的特征。第三,城市人均碳排放量,总体呈上升趋势,东部地区城市人均碳排放量高于西部地区,呈现出"东高-西低"的特征。全国地级及以上城市的人均碳排放量分布由2003年的较低/低人均碳排放类型为主,演变为2014年以高/较高人均碳排放类型城市为主,尤其沿海地区城市人均碳排放量演变迅速。第四,城市地均碳排放量,随时间以上升为主,高地均碳排放城市集中分布在环渤海地区、冀中南地区、太原城市群、中原经济区、江淮地区、海峡西岸经济区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区等地区城市。由于城市市辖区面积近11年来无明显调整,因此,地均碳排放量空间分布基本保持稳定。第五,脱钩指数类型分布随时间波动变化不规则。(3)依据本文提出的低碳城市发展阶段和各阶段特征,研判中国285个地级及以上城市所处的发展阶段和主要驱动力。结果表明,根据低碳城市发展阶段特征,从碳排放量指标来看,285个城市碳排放量都处于上升期,据此可以判断285个城市都处于成长阶段(Ⅱ),其中70个城市处在急速上升阶段(Ⅲ),215个城市处于锁定阶段(Ⅱ2)。我国正在开展低碳试点的城市中,北京市、上海市、天津市等其他城市处于锁定阶段,开展试点工作有助于城市突破碳锁定,到达碳排放拐点。石家庄市、南平市、延安市和金昌市处在了急速上升阶段,开展试点工作,将有助于这些城市在发展过程中,有机会缩短碳锁定阶段的时间,实现跨越式发展。不同时间段能源强度、人均GDP和人口对城市碳排放的驱动力作用不同。总体来说,能源强度、人均GDP对城市碳排放的驱动力大于人口,人均GDP对城市城市碳排放驱动力是三者之首,人口是三者中影响城市碳排放最弱的因素。不同城市的主要驱动因素也有很大的差别,大部分城市主要受人均GDP驱动,能源强度和人口在不同时期对不同城市碳排放起到驱动作用。(4)构建中国低碳城市影响因素ISM模型,分析挖掘19个影响因素间的关联特性。19个影响因素分布在5级递阶结构的各个层级,不同层级的因素相互影响、相互独立,"政府"和"低碳城市标准"是影响中国低碳城市发展的核心因素,层级越高,对中国低碳城市发展影响程度越高。第一层级包括土地利用水平、能源利用效率、消费模式、城市交通、城市建筑,因素间互相独立,这一层级影响因素是影响我国低碳城市发展的表层因素。第二层级影响因素为公众,即公众对低碳城市的认知度、关注度和参与度会改变自身的消费行为,从而影响城市的碳排放。第三层级包括了城市化水平、经济发展水平、能源结构、产业结构、低碳战略和规划、低碳规制、低碳宣传和教育、碳排放市场、企业、城市类型等10个因素,因素间相互影响,彼此作用,构成回路,且对第一和第二层级的因素产生直接或间接的作用。第四层级包括城市碳排放统计,它对第一、第二和第三层级中的因素有着直接或者间接的影响关系。第五层级包括政府和低碳城市标准两个因素,两者彼此作用,该层级正是影响我国低碳城市发展的深层因素,即关键因素。(5)能源环境约束下对285个地级及以上城市进行碳排放量情景分析,预测城市碳排放拐点,提出不同情景下城市低碳发展策略。首先,在基准情景下,地级及以上城市碳排放量拐点出现在2040年以后;在能源约束情景下,地级及以上城市碳排放量拐点出现在2030年～2040年之间;在环境约束情景下,地级及以上城市碳排放量拐点出现在2020～2030年之间。环境约束情景下,地级及以上城市的碳排放拐点最早出现,因此,采取协同控制策略,应对气候变化和空气污染的防控。通过分析城市大气污染防治与城市低碳发展的协同效应,从技术和政策以及城市不同部门提出城市低碳发展协同控制策略。(6)通过综合分析城市类型、发展水平、资源禀赋,研究提出不同发展阶段城市的低碳发展路径。处在急速上升阶段的城市,根据城市类型的不同,提出综合型城市、资源型城市及旅游型城市的低碳发展路径。处在碳锁定阶段的城市,提出基于主体功能区划的低碳发展路径,优化开发区城市实现能源节约,优化产业结构,通过生产方式的转变和产业结构的升级,调整人口年龄结构、教育结构,提高人口红利;重点开发区城市高效利用能源,加强对传统产业的改造,提高基础设施建设水平;限制开发区应城市降低能源消费,发展特色产业,合理引导人口流动;禁止开发区城市禁止任何污染类能源消费,鼓励使用可再生能源和无污染能源(新能源),保护生态环境的天然永续。本研究的主要贡献为:(1)基于发展阶段理论对低碳城市发展阶段进行探讨,提出低碳城市发展阶段划分标准,分析城市低碳发展各阶段的特征和驱动力,揭示低碳城市发展阶段决定城市发展路径的作用过程,研判中国地级及以上城市所处的低碳发展阶段和主要驱动因素,结合主体功能区划和协同控制策略,提出不同发展阶段不同城市的低碳发展路径。(2)构建中国低碳城市影响因素解释结构模型,划分影响因素层级,绘制中国低碳城市发展影响因素的多级递阶结构图,厘清了影响我国低碳城市发展的因素间的层级和递阶关系,识别影响中国低碳城市发展的关键因素。