近代以来化石燃料的大量燃烧使得大气CO₂浓度持续增长，进而引发国际社会对全球变暖的广泛关注。我国作为碳排放大国，城市大气CO₂中有多少是来自化石能源排放是当前重要的科学问题和紧迫的环境外交问题。传统上，化石源CO₂（fossil fuel CO₂, CO_2ff）的研究主要基于源清单的统计方法，但此方法并不能定量大气CO₂中到底有多少是来自化石能源排放。放射性碳同位素（¹⁴C）是定量大气CO_2ff浓度最准确的示踪剂。

　　最近，我中心主任周卫健院士带领的团队以西安市长期（2011–2016年）大气Δ¹⁴CO₂观测为主，进而将观测扩展到全国15个主要城市，通过¹⁴C示踪准确定量了我国主要城市大气CO_2ff的浓度水平，分析了其在不同城市之间的差异；并结合稳定碳同位素（¹³C）和WRF-Chem大气模式研究了盆地城市CO_2ff的来源和传输。研究发现：(1)我国城市冬季1月份大气CO_2ff浓度普遍高于夏季7月份；盆地和半封闭地形城市CO_2ff浓度相对较高。(2) 西安市CO_2ff主要来自盆地内排放，区域传输对其影响较小；冬季西安市CO_2ff主要来自燃煤（72.6±10.4%）。(3)长期Δ¹⁴CO₂观测表明，西安市大气PM_2.5与CO_2ff浓度自“大气十条”实施以来均下降；大气PM_2.5与CO_2ff有较强的相关性，揭示其斜率的大小可以反映城市化石能源消费种类的比例。

　　上述研究成果有助于以科学的数据服务于国家的节能减排政策，同时为我国当前温室气体与大气污染物协同控制的新任务提供科学依据。研究受国家自然科学基金、中科院先导专项、中科院青促会(2016360)、大气攻关和陕西省自然科学基础研究计划等项目的资助，已发表在环境领域国际知名刊物《Science of The Total Environment》。

Weijian Zhou#,*, Zhenchuan Niu#, Shugang Wu, Xiaohu Xiong, Yaoyao Hou, Peng Wang, Tian Feng, Peng Cheng, Hua Du, Xuefeng Lu, Zhisheng An, G. S. Burr, Yizhi Zhu. Fossil fuel CO₂ traced by radiocarbon in fifteen Chinese cities. Sci. Total. Environ., 2020, 138639, 

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138639

图1. 我国15个城市2014-2016年1月和7月的化石源CO₂和生物源CO₂浓度

图2. 西安市冬季大气CO₂源解析结果

 

图3. 2011–2016年西安市基于Δ¹⁴CO₂观测的CO_2ff变化