城市空间形态是指城市的用地轮廓形态和物质元素空间分布结构,不同的城市规模、空间形态会对城市能源消耗产生不一样的影响。探究城市空间形态与能源消耗的关系是可持续城市空间形态研究的基石,是优化城市用地轮廓,调整城市空间布局,建设高效节能城市的基础。本文围绕对城市空间形态内涵的理解,提出利用紧凑度指数、分维数和形状指数三个指标定量表示城市空间形态,利用不透水地表数据计算了中国地级城市的空间形态指标并分析了其时空演变规律与格局。建立了城市居民能耗核算模型,利用能源、交通等公开数据估算了中国地级城市的能源消耗并分析了其结构与区位特点。在此基础之上,利用地理加权回归模型(GWR)定量识别了城市空间形态对于城市能源消耗的影响作用。城市空间形态指标的计算结果表明,中国地级城市整体上紧凑度较大,边界轮廓较简单,形状较不规则;城市在建设过程中趋于扩散,边界和形状趋于复杂化;并且南方城市比北方城市的空间结构更复杂。城市居民能源消耗的核算结果表明,中国地级城市的能源消耗随时间增长较快,其中交通能耗的增长速度比家庭能耗更大,北方地区的居民人均能耗整体大于南方地区,并且集中供热能耗和私家车出行能耗分别在家庭和交通能耗中占比最大。GWR模型实证结果表明,城市的集聚性对家庭能耗表现出了节约效应,对交通能耗的节约效应没有家庭能耗强,在初期城市集聚可能造成交通能源浪费的问题,但随着城市建设的发展,城市集聚也可以带来交通节能效应。并且这种影响在西部和南部的城市中更明显。根据以上计算和实证结果,本文提出了提高集中供热和电能输送效率、控制私家车能耗、发展公共交通、改善交通网络等多方面的建议。