全球碳排放加剧引发的气候变暖已深刻影响到能源、水资源、粮食和生态等诸多领域安全。城市是碳排放的主要区域。降低城市碳排放是应对气候变化的焦点和关键。城市低碳发展水平的高低决定了城市碳减排的程度。定量分析和评价城市碳排放及城市低碳发展水平是城市寻求未来低碳发展的基础。本文以城市建成区为研究区边界,西北五省会城市市辖区为研究对象,对其2005-2010年间的城市碳排放结构及其时空差异进行量化分析,明确其主要来源和排放特征,并采用IPAT分解分析方法对剖析碳排放变化的驱动因素。同时,建立了包括经济低碳指数、能源利用指数、碳排放指数、社会低碳指数和生态环保指数等5个指数21项指标的城市低碳发展水平综合评价指标体系,采用熵值法评价模型,对各目标城市低碳发展水平进行测度,剖析其内部发展特征和外部空间差异,并据此提出了未来各城市提高自身低碳发展水平对策和建议。研究结果表明：1)2005-2010年西北五省会城市碳排放总量不断上升,排放源以能源消费碳排放为主。碳排放量乌鲁木齐最大、银川最小；人均碳排放乌鲁木齐最大、西安最小：万元GDP碳排放强度乌鲁木齐最大、西安最小。IPAT分解分析可知,加快技术进步和转变能源消费结构是促进城市碳排放与经济发展实现“脱钩”发展的关键。2)2005-2010年,各城市低碳综合发展水平均在提高,但总体水平不高,城市间差距在逐步扩大。分领域看,经济低碳水平和生态环保水平均在提升：能源低碳化利用水平西安略有提升,其余均呈下降；碳排放水平西安和银川缓慢提升,其余城市在下滑；社会低碳发展水平乌鲁木齐呈下滑,其余城市均有不同程度提高。从时空差异看,经济、能源和社会三个方面的城市间差距逐步缩小,而碳排放和生态环保两方面的城市间差距不断扩大；经济和碳排放空间格局基本不变,能源、社会和生态环保空间格局均在改变。