2008年中国成为世界上最大的碳排放国,巨大的碳排放总量和较高的增速,使中国面临着前所未有的减排压力。中国各区域经济社会发展和能源消费结构存在很大差异,如何科学准确地测算和分析不同区域碳排放的时空变化,揭示其机理问题,是未来明确减排目标、科学制定减排规划的根本前提。目前大部分研究主要依据国家统计局及下属部门发布的统计数据开展的,但是由于国家级、省级、市级三个层面统计数据的不一致性以及市级或更小尺度的统计数据严重缺失,给我国制定准确、系统、差异化的碳减排计划带来较大困难。因此,急需利用新的空间信息获取手段,实现我国碳排放的规范性评估。DMSP/OLS夜间灯光数据,能够有效地探测到城市夜间灯光甚至小规模居民地、车流等产生的低强度夜间灯光,是监测人类活动强度的良好数据源。DMSP/OLS夜间灯光数据可用于碳排放量的估算,这一结论已被国外学者证明。但目前利用DMSP/OLS夜间灯光数据估算碳排放量的研究较少,研究尺度大多为全球、国家、省级层面,市级尺度较少,且研究内容仅停留于碳排放总量的探讨。因此,该类研究处于起步研究阶段。本论文针对目前各地区碳排放统计口径不一致、市级数据严重缺失的现状,基于DMSP/OLS夜间灯光数据,构建了一套快速准确监测地级市能源碳排放的定量测算方法,并分析不同发展阶段和发展模式的城市其地区能源碳排放的时空格局变化差异,从经济区、城市群、典型省市等3个层面,深入研究政府政策、能源结构、产业结构等因素与碳排放密度的内在关系,揭示其主要影响机理,在此基础上制定差异化的、地区化的减排策略指引。(1)建立了基于DMSP/OLS夜间灯光数据快速准确提取城镇建设用地的邻域分析方法。该方法主要基于Neighborhood Statistics原理,利用Arc GIS平台提供的Neighborhood Statistics表面分析工具,借鉴地形起伏度分析方法,通过多个栅格的复合运算,从DMSP/OLS夜间灯光数据中快速准确提取城镇建设用地。以TM遥感影像分类结果为验证显示,该邻域分析方法的提取的建设用地图斑面积与TM提取结果相近,均方根误差为193.56个象元数,平均相对精度为87.21%,平均kappa系数为0.731,而且景观形状指数、聚集度指数、边缘面积比和连接度指数相关系数(R2)分别达到0.46、0.38、0.82和0.96,形状相似度高。与全局阈值法和局部优化法等其他阈值法相比,邻域分析方法提取精度高,而且尽量减少了大斑块夜间灯光的发散影响以及提高了小斑块城市建设用地的提取精度。(2)构建了一套快速准确监测地级市能源碳排放的DMSP/OLS定量测算方法。该方法利用建设用地边界切割DMSP/OLS夜间灯光数据,获取各省市建设用地范围内的夜间灯光总值,与相应的能源CO2排放量统计值进行拟合分析,构建了一套快速准确监测地级市能源碳排放的线性模型。利用能源CO2排放量统计值进行验证显示,夜间灯光数据总值(SDN)与能源CO2排放量统计值具有较好的线性相关关系(R2=0.818),模拟所得能源CO放量的均方根误差(RMSE)为943.79万t,相对误差(RE)为7.65%,可用来开展全国能源CO2排放量的时空特征研究。(3)开展了全国能源CO2排放量时空变化特征研究。1992-2010年,我国能源CO2排放总量持续增长,由1992年的14.92亿t增长到2010年的101.23亿t,年均增速11.22%。各地的增长速度各异,趋势指数SLOPE显示,能源CO2排放量较快增长型和迅猛增长型城市主要集中分布于东部沿海和经济较发达的内陆地区,较慢增长型和缓慢增长型城市则主要集中分布于西部地区以及东北部、中部的欠发达地区。空间相关指数全局Moran指数显示,全国能源碳排放总量空间聚集程度越来越明显。进一步利用LISA指数对1995、2000、2005、2010年全国能源CO2排放量进行局部分析发现,在经历了高高集聚区数量的增加和规模的不断增大以及低低集聚区的逐渐破碎化和规模不断减小后,最终在2010年形成了形成了“东部沿海城市高高集聚,西部欠发达城市低低集聚”的格局。(4)开展了全国能源CO2排放量影响机理研究。分别从经济区、城市群、典型城市等3个层面,借助总量、人均碳排放强度、单位GDP碳排放强度等指标,对影响能源碳排放的机理因素进行分析。结果表明:东部、中部、西部、东北部四大经济区碳排放总量变化与经济发展趋势(GDP)、国家经济政策调整密切相关,六大城市群作为东部、中部、西部、东北部四大经济区域最有代表性的地区,也具有类似的碳排放变化趋势。人均碳排放强度基本呈现“东部>东北部>西部>中部”,单位GDP碳排放强度则呈现“东北部和西部较高”、“东部和中部较低”的格局。典型省市能源消耗总量与碳排放总量的时间序列双累计曲线,表明以北京和天津为代表的京津唐省市,其能源结构一直处于稳定状态;以广东和上海为代表的东部沿海省市其能源结构在2000、2005年之间得到有效改善;相反,西部、东北部、中部能源结构水平在2008/2009年有朝高能源消耗水平发展的趋势。分析认为,GDP增长是决定能源CO2排放总量增长的主导因素,而能源结构、能源利用效率、产业结构是影响碳排放强度的主要原因。(5)根据各地的经济发展水平、产业结构、能源利用水平,提出了差异化、地区化的碳减排策略。对于西部和东北部等以能源和重工业为主导产业的城市,其减排策略应着重能源结构优化和能源利用效率的提高。对于东部和中部等以技术、劳动密集型和轻工业为主导产业的城市,其减排策略应侧重于产业结构调整和转型升级。