由碳排放带来的全球环境问题对人类经济社会发展带来了严峻的挑战,便捷准确地获取碳排放和碳足迹的时空动态信息,对于制定合理的、差别化的碳减排政策具有重要意义。本研究以中国大陆为研究对象,利用DMSP-OLS夜间灯光数据和碳排放统计数据,挖掘二者之间的定量关联,构建碳排放面板数据模型,模拟了2000-2013年中国的碳排放量。采用Theil-Sen Median趋势分析方法与Mann-Kendall检验对研究期14年来碳排放量的时空变化趋势及空间差异进行探讨。运用探索性时空数据分析(ESTDA)框架体系,从时空交互视角分析2001-2013年碳足迹的空间格局和时空依赖动态演化;利用改进的Tapio脱钩模型对三个时间段336个地级单元环境碳负荷与经济增长之间的脱钩效应进行综合分析。本文研究结果表明:(1)利用经过系统校正后的DMSP-OLS夜间灯光影像数据构建的面板模型模拟碳排放量,其方法拟合精度较高。在完成年内和跨年数据的校正、像元去饱和、异常值的剔除和城市建成区范围提取等步骤的基础上,以中部6省作为样本区建立模型,模拟各年份的碳排放量,2002、2007、2012年多尺度回归检验的决定系数R~2值分别为0.893、0.955、0.951。(2)2000-2013年中国碳排放量总体变化趋势呈增长态势,稳慢增长型面域宽广,迅猛增长型空间结构呈“空心型”与“中心型”,分别占碳排放区域总面积的77.6%和19.4%;碳排放变化趋势明显地区主要分布于胡焕庸线东南侧地区,受城市规模及城市化发育程度的影响,迅猛增长型在空间上表现出明显的指向性分异,中国城市群是碳排放的主要贡献地域单元,其排放量整体呈较快增长的趋势,城市群碳排放多指标(平均值、年均增长率、单位面积平均碳排放量和变异系数)在空间上表现出明显的空间位置差异趋势。(3)2001-2013年中国碳足迹和碳赤字均呈逐年增长趋势,中西部地区成为碳足迹和碳赤字增长的主要集中地;在不同的行政单元尺度下,碳足迹和碳赤字的空间分布格局表现出明显的行政指向性和空间地带性分异特征;各地级单元全局Moran’s I指数多年平均值为0.491,表明中国地级单元碳足迹存在极为显著的空间自相关特征;LISA时间路径相对长度呈北方大于南方,且由沿海地区向中西部地区递增的趋势,LISA时间路径弯曲度整体上则呈由沿海地区向内陆地区递减的趋势,东北部、中部弯曲较高,东部和西部弯曲较低。(4)中国碳排放脱钩效应状态在三个时间阶段存在明显的分异趋势,扩张连接、扩张负脱钩类型区域持续增加且空间集聚,由北向南呈“E”字型分布格局;全国平均脱钩弹性值逐步增长,变异系数持续下降,脱钩类型演变趋势显著,未来我国经济增长与环境碳负荷不均衡发展趋势在一定时期仍将持续。(5)促进经济增长方式和发展模式的实质性转变、因地制宜差别化的减排措施与省区联动策略的实施是“精准减排”目标实现的重要途径。