气候变化问题已成为全球关注的热点，建立在低碳基础之上的未来经济社会发展模式已成为共识。在此背景下，中国先后出台了多项政策举措旨在促进我国的低碳发展。基于四个直辖市和39个经济部门的10种能源消费量数据，并以天津市作为比较基准，本文测算了2005-2008年北京与天津、上海与天津、重庆与天津的二氧化碳排放差异，在扩展的Kaya恒等式基础上建立了碳排放驱动因素的对数平均迪氏指数（LMDI）分解模型，将二氧化碳排放（CO2）的驱动因素分解为生产能源强度、生活能源强度、能源结构、产业结构、人均产出、人均收入和人口规模7个效应，进而测算了各类效应对直辖市之间CO2排放差异的贡献值及其变化趋势。研究结果表明，与天津相比：生活能源强度和人均产出对北京的CO2排放量产生了负向驱动效应，能源结构、产业结构、人均收入、人口总数这四个因素则产生了正向驱动效应，生产能源强度因素的影响由正向驱动转为负向驱动；生活能源强度和产业结构对上海的CO2排放量产生了负向驱动效应，人均收入和人口总数则产生了正向驱动效应，生产能源强度的影响由负向驱动转为正向驱动，人均产出的影响则恰好相反，能源结构的影响具有不确定性；产业结构、人均收入和人均产出对重庆的CO2排放量产生了负向驱动效应，人口总数则产生了正向驱动效应，生产能源强度和能源结构的影响由负向驱动转为正向驱动，生活能源强度的影响恰好相反，由正向驱动转为负向驱动。最后，本文提出了深化我国各省区低碳发展的政策性建议。