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大多数研究把发展低碳经济作为解析低碳城市理论内涵的逻辑起点， [20] 开展低碳城市建设的理论内涵研究，以此作为编制城市温室气体清单的理论基础，识别城市主要的能耗领域和排放领域，进而从能源、资源、交通、技术和消费等方面制定系统的低碳城市发展规划。立法、标准化体系和市场机制建设等多样化手段为低碳目标的实现提供了制度保障，国际绿色产能、低碳技术和人才等交流合作将为城市带来新的发展机遇（见图1-2）。
图1-2 低碳城市主要研究范畴关系
资料来源：笔者自制。
从经济学角度而言，当前研究主要从城市碳足迹、可持续发展系统、产业生命周期和技术创新等方面探寻低碳城市研究的理论基础。
碳循环是物质流动中的重要要素，具有不确定性、空间异质性等特征。碳足迹是人类活动过程中直接和间接的温室气体排放量， [21] 包括生产侧和消费侧碳排放。碳足迹分析需量化产品和服务全生命周期的碳汇和能耗，主要通过生命周期法、投入产出法或混合方法计算而得。 [22] Folke C.等学者认为城市碳循环系统所涵盖的城市蔓延区和城市碳足迹区不一定毗邻， [23] 因此城市间商品和服务贸易引起的间接碳排放加剧了减排责任分担等难题。
随着工业化进程的推进，经济增长对资源能源的依赖度呈现递增、递减或非线性等变化趋势。在新能源开发、绿色技术应用、人们对产品和服务质量要求提高等因素的驱动下，城市经济可能由数量扩张型转向注重质量和效益的提升，逐步打破高碳锁定。学者们基于不同区域特征，对二者间可能呈现出不同的倒“U”形、倒“N”形等关系展开深入剖析，探究城市发展的能耗拐点，进而分阶段制定城市低碳发展规划。
城市是一个由经济、环境和社会子系统组成的复合系统，子系统相协同才能保持复合系统整体功能最大化，实现城市可持续发展的目标。低碳以碳排放为可量化的约束性目标，倒逼城市生产方式和生活方式转型，为城市协同生态保护和经济发展目标提供实现途径。
大气具有公共物品属性，一方面大气空间的非排他性表明，如果对温室气体排放不加以管控，大气这块“永久公地”将被过度消费，上演“公地悲剧”，对生态系统造成难以逆转的破坏；另一方面气候治理的非竞争性容易引起投入不足及对治理成果的“免费搭便车”现象。因此，控制碳排放需要政府、企业和社会公民等多元主体共同参与。
温室气体排放清单是常用的温室气体核算方法，能够清晰地反映温室气体排放水平、排放结构和排放特征， [24] 为城市的低碳发展提供了标尺。目前主要参照IPCC温室气体清单编制的指南和方法论、ICLEI方法学以及《城市温室气体排放测算国际标准》等进行编制。具体而言，编制碳排放清单一是要剖析关键排放源，从排放结构看，中国城市地区的碳排放多集中于能源、工业过程、建筑、交通、废弃物处理等领域；二是选取基于生产或消费侧的编制模式；三是选取方法体系，碳排放通常有直接排放法、间接排放法和混合排放法三类测算法；四是健全碳排放基础数据统计体系。
北京、天津、山西、山东、海南、重庆、云南、甘肃、新疆9省（区、市）在其发布的省级“十三五”控制温室气体排放的相关实施方案或规划中提出了明确的整体碳排放达峰时间，其中，北京提出力争实现二氧化碳排放在2020年达到峰值、天津提出2025年左右二氧化碳排放量达峰等；上海在《上海市城市总体规划（2017—2035年）》中提出碳排放量在2025年前达到峰值。低碳城市建设着眼于细化各部门、各领域的达峰路线，城市碳排放清单是明确减排领域、减排目标分担的基础。然而，中国城市碳排放清单编制工作刚刚起步，在基础数据、编制方法上仍不成熟，部分低碳试点尚未建立起碳排放清单编制制度。为此，应加快健全温室气体排放基础统计制度，推动地方建立应对气候变化统计制度建设和工作体系， [25] 推进各省（区、市）年度温室气体清单编制和排放核算。
当前中国的低碳城市规划多数为“自上而下”的模式， [26] 以碳排放总量和强度控制为核心目标，包括经济、建筑、交通、能源、空间形态等专项规划。此外，低碳城市发展规划，通常与应对气候变化专项规划相结合，或融入更加综合、更长远发展战略目标体系中，与实现减缓、适应、结构转型、民生建设等政策协同。
具体而言，城市低碳发展涉及产业、能源、人口、交通等领域，可从五个角度探寻低碳实现路径：（1）基底低碳。从基底上改变能源供给，提高城市能源效率，形成清洁能源消费结构。一是传统能源的清洁化利用，如煤改气、煤改电；二是加快水能、风能、太阳能、潮汐能等新能源开发和应用，提高新能源在能源消费结构中的比重。（2）结构低碳。在生产侧体现为加快城市产业结构转型，淘汰落后产能，严格限制高耗能产业市场准入，鼓励服务业、电子信息、生物医药等新兴低碳产业发展，打造低碳产业链、产业集群，形成低碳生产方式。在消费侧体现为提高低碳产品和服务的消费比重，以政府绿色采购、碳标识产品、低碳交通出行等方式引导社会公众形成低碳消费方式。（3）形态低碳。优化城市空间布局，保护生态系统、增加碳汇。例如小街区、紧凑式布局形态，节约土地空间，密切人与自然联系；促进适度混合的土地利用，减少资源浪费；增加城市绿地面积，调节城市微气候，降低制冷制热的能耗依赖。（4）支撑固碳。借助绿色生产技术、碳捕集和封存技术、绿色基础设施等手段，实现碳排放源头和末端的双向控制。在资金层面上，主要通过碳金融、财政专项拨款等形式，鼓励绿色技术创新、推进生态补偿。（5）行为低碳。宣传低碳理念，在碳排放约束下企业形成低碳生产方式，居民自觉形成节约集约的低碳消费方式。
长期来看，低碳城市建设更应着重于达峰后转型方向，使碳排放总量达峰后逐步实现碳排放总量的下降，由相对脱钩走向绝对脱钩。“十三五”时期，中国低碳城市试点将进入“示范阶段”，需要总结前两批试点城市经验，逐步形成可复制、可推广的模式。一方面，结合低碳城镇、低碳社区和可再生能源示范区、近零碳排放区示范工程等试点，提炼不同类型、不同层次城市的低碳发展模式，以低碳城市实践修正、充实低碳城市建设理论，指导全国范围内的经济发展方式转型和新型城镇化建设。另一方面，与国外花园城市、绿色基础设施、“基于自然的解决方案”（Natured-based Solution）等实践相结合，探寻低碳发展在改善人居环境、提高城市发展质量等方面的重要作用。
目前对低碳城市建设评价的研究，集中于低碳试点城市建设的工作绩效评价、低碳城市建设重点领域评价、城市间碳减排效率的比较、碳减排驱动因素的贡献评价。常见的评价方法是低碳城市建设评价指标体系，包括明确评价目标、评价标准和技术导则、样本城市选择分类、数据收集与利用、重点领域、指标选取和权重确定、情景分析、适用技术减排潜力等方面。 [27] 此外还有合成控制法、双重差分等方法专门应用于试点政策绩效评价，有助于克服内生性问题。
KAYA识别方法。KAYA恒等式主要按照城市能耗排放构成部门识别低碳发展影响因素，将城市的排放特征分解为能源结构、能源强度、经济产出、产业结构和人口，通过分析这五种特征在不同演化过程中的表现，识别城市减排的关键影响因素。
德尔菲调查研究法。从低碳城市的内涵和特点出发选取低碳城市发展的影响因素，具体包括经济增长、产业结构、能源结构、能源利用效率、交通体系、建筑、土地利用方式、消费方式、碳汇和低碳管理等。在此基础上以问卷调查、会议等形式向高校、科研机构和行业专家征询意见，对各类影响因素进行打分和重要性排序，确定代表性指标。
多数低碳城市评价是从社会经济运行视角出发筛选影响因素指标；此外，还有研究从减碳和固碳角度、气候影响因素和非气候影响因素等自然科学视角构建低碳城市建设评价指标体系。 [28]
1993年OECD提出压力—状态—响应分析框架（PSR）用于描述经济活动与生态系统之间的复杂关系。 [29] 欧洲环境局（EEA）加入新的维度“影响”表示生态系统功能破坏程度以及健康损害程度等，构建起新的驱动力—压力—状态—影响—响应框架（DPSIR）。 [30] 在低碳城市评价中，“驱动力”是指造成资源环境变化的潜在原因，可通过“GDP”和“城市建设用地面积”等表示；“压力”是指人类活动或自然灾害对生态系统的影响，以“能耗强度”等表示；“状态”是指生态系统和社会经济系统在上述压力下所处的状况，例如“碳排放强度”等；“影响”是指系统所处的状态对资源环境及社会经济发展质量的影响，以“环境质量指数”等表示；“响应”表明低碳政策措施，如“财政投入资金”“绿色建筑”等。例如中国社会科学院低碳城市评价指标体系课题组从宏观目标、低碳产业、低碳生活、低碳交通、资源环境、低碳政策六个维度构建起低碳城市评价指标体系，综合评价低碳城市的实践进展、努力程度和政策效率。
传统回归分析难以克服变量遗漏等内生性问题，只能反映变量的相关关系而难以准确识别因果关系，无法判断政策实施的有效性。双重差分法通过引入政策虚拟变量，将政策落实的当年和此后各年取值为1，否则为0，从而区分出“实验组”和“对照组”，以及“实施前”和“实施后”的双重差异，可有效反映政策效果。合成控制法利用其他未受政策影响的地区进行加权后拟合成一个控制组，根据控制组的数据特征构造“反事实”样本，通过比较真实的“处理组”和拟合的“控制组”所具有的不同特征，来评估政策效果。
在国家《应对气候变化法》和《碳排放权交易管理条例》等相关立法进程下，借鉴山西、青海、石家庄和南昌等地的实践经验，探索地方应对气候变化和低碳发展的专门立法，将城市温控目标、污染防治、碳交易等工作纳入法制轨道，逐步以立法形式落实碳排放峰值目标。同时加快低碳城市建设的标准化进程，积极对标《标准化法》修订后的新要求，一是推进国家碳排放标准、能耗标准、低碳产品标识和认证工作等低碳管理标准制定，尽快与国际标准接轨，促进国际低碳投资和低碳发展经验交流；二是完善标准化体系建设，特别是通用的低碳城市评价标准，以保证政策执行力度和政策持续性。依托现有环境管理制度，构建司法监督机制，强化对减排目标落实的监督考核。
当前中国低碳城市建设主要由政府主导，企业和社会公众减排的市场激励不足。而低碳发展根本上取决于建立现代绿色经济体系，从生产侧和消费侧双向降低能耗、减少碳排放，突破经济发展的高耗能路径依赖。因此，探索市场化手段是未来引导城市低碳发展的核心要义，包括建立碳普惠行为的量化方法和交易机制；借鉴国际经验比较碳税与碳交易市场的效率；完善碳交易市场顶层设计，逐步扩大中国碳交易市场的行业覆盖范围；发挥碳金融与财政引导资金的协同作用等。
2013年起设立的北京、天津、上海、重庆、广东、湖北、深圳7个试点碳市场覆盖了电力、钢铁、水泥等行业近3000家重点排放单位，以市场化手段约束行业生产经营行为，达到减排有收益的目的，在引导城市产业转型、落实各部门减排目标方面具有重要意义。相关理论研究涉及：产权界定、碳减排指标分解；碳排放权定价和碳交易成本；碳税和碳交易机制的有效性比较分析；碳市场在碳排放、碳生产力、技术创新等方面的绩效；碳市场准入制度、管理制度、信息报告制度和监督制度等制度建设等。
碳金融为低碳城市转型提供了资金支撑，根据世界银行归纳的含义，碳金融泛指以购买减排量的方式为能够产生温室气体减排量的项目提供资源。相关理论研究一方面着眼于碳金融本身的水平测度、影响因素分析、碳金融产品定价机制、碳基金和债券等产品创新；另一方面探究碳金融与城市的低碳经济、技术创新、碳市场等方面的关联机制和影响程度。
低碳城市的国际合作是增强中国国际影响力、推动全球气候治理进程的重要内容。借助“一带一路”发展机遇，发挥陆上中心城市、沿线城市的创新作用，加强国际绿色产能合作，提高中国在全球绿色价值链中的地位，发挥低碳城市在应对气候变化中的主体作用，分享绿色低碳发展最佳实践，开展低碳产业、技术、资金和人才等方面的交流合作。将低碳城市与韧性城市、智慧城市建设等相结合，综合运用信息技术、绿色低碳生产技术，引导城市实现基础设施建设、生态系统保护和产业转型升级等方面的协同。