在人类应对全球气候变化的挑战中，低碳城市成为低碳经济与社会的空间聚焦点。城市家庭作为各种经济活动的主要终端消费单元，其碳排放水平决定着城市的低碳发展进程。从地理学的角度看，全国城市家庭碳排放不仅需要从整体上把握，还需要充分考虑各地的差异性，惟如此，在制定城市家庭调控政策时才具有更为明确和更为良好的可操作性。但目前关于城市家庭直接能耗碳排放机理的研究较为薄弱，主要集中在国家尺度的宏观研究，城市家庭微观尺度的研究也仅限于家庭直接能耗碳排放总量或其中某一项碳排放的研究。因此，尚不清楚我国城市层面的家庭直接能耗碳排放时空分异格局，也不清楚城市家庭直接能耗碳排放的机理，更不清楚城市间直接能耗碳排放差异的原因。　　 本研究以我国地级以上城市家庭直接能耗(人均用电、用气、交通用能、集中供暖用能)碳排放为研究对象，采用2000-2009年地级以上城市市区数据，在对城市家庭各项直接能耗碳排放进行核算的基础上，借助ArcGIS软件分析我国地级以上城市家庭直接能耗碳排放水平及结构演进的时空格局；通过聚类，划分城市家庭直接能耗碳排放的类型，并对比分析了各类型城市家庭碳排放的特点。以行为地理学为理论基石，构建基于家庭用能生活方式的宏观和微观相结合的城市家庭直接能耗碳排放研究框架；在科学选取城市层面的家庭外部环境条件及家庭微观层面用能生活方式因子的基础上，分别构建城市家庭直接能耗碳排放的宏观和微观研究模型，以全国262个地级以上城市和4个典型城市调研家庭为例，综合运用面板数据分析法、社会调研法、多元逐步回归分析法等，在Eviews、SPSS等软件的支撑下，进行模型验证和修改，在此基础上阐明城市家庭直接能耗碳排放及空间分异的机理。主要结果如下：　　 (1)我国地级以上城市家庭人均直接能耗碳排放存在空间上的不平衡性。北方纬度较高的寒冷地区以及经济发达的长三角、珠三角地区为我国城市家庭人均直接能耗高碳排放集中分布区和碳排放快速增长区。2000-2009年我国地级以上城市家庭直接能耗碳排放结构在演变方向、结构转换速度、均衡度、优势度和信息熵等方面均存在空间差异。东北三省及浙江、福建、广东等省的部分城市分别因热力或电、私家车碳排放所占比重过高，城市家庭直接能耗碳排放结构单一化趋势强于其他城市。　　 (2)中国地级以上城市家庭直接能耗碳排放存在类型差异。根据适合于大样本的K－Means聚类，我国地级以上城市家庭直接能耗碳排放可划分为有暖高碳型、有暖中碳型、无暖高碳型、无暖低碳型4种类型城市。各碳排放类型城市家庭在人均直接能耗CO2排放量、CO2排放结构、CO2排放增长量以及地均碳排放强度、人均地区生产总值碳排放强度、人均工资碳排放强度等方面存在显著差异。　　 (3)城市自然、社会条件对各碳排放类型城市家庭直接能耗碳排放的影响存在显著差异。基于全国262个地级以上城市家庭直接能耗碳排放的宏观影响因素研究表明：城市的气候条件、经济实力、城市紧凑度、能源供应结构等自然、社会环境条件在不同碳排放类型城市间存在显著分异，且对城市家庭用电、用气、交通、集中供暖CO2排放的影响因城市类型不同而有所差异。　　 (4)用能生活方式对各类型城市家庭直接能耗碳排放产生不同程度的影响。基于用能生活方式的城市家庭直接能耗碳排放微观研究表明：各类型城市家庭的日常用电、降温用电、取暖用能、交通用能、炊事用气等用能生活方式存在明显差异。各碳排放类型城市家庭的用能生活方式在用能生活形式和用能心理特征等方面差异明显，其对各类型城市家庭直接能耗碳排放的影响也有所不同。　　 (5)城市家庭直接能耗碳排放空间分异是城市环境条件和家庭用能生活方式共同作用的结果。在不同的城市环境条件约束下，各碳排放类型城市家庭选择不同的用能生活方式，从而导致家庭直接能耗碳排放水平的不同，在空间上表现为地理分异。