基于14C和13C的典型区域本底站大气化石源CO2变化特征与来源解析研究

The data used by international community to evaluate the increase of global CO2 concentrations are mainly obtained from the background stations of World Meteorological Organization. However, it is unclear whether the contribution of fossil fuel CO2 (CO2ff) emission from region Economic Circles is the main factor that lead to the increase of atmospheric CO2 concentration at the regional background stations, China. Thus, 14C tracing was used to achieve following objectives: (1) to ascertain the background Δ14CO2 level in China; (2) to clarify the levels and spatial-temporal variational characteristics of CO2ff at regional background stations, and then ascertain the geographical, CO2ff sources and meteorological factors that control these variations; (3) to reconstruct the historical variations of CO2ff since Reform and Opening at regional background stations using 14C in tree rings, and then investigate the possible relationship between CO2ff and fossil fuel amount, population, and vehicle population; (4) to quantify the contribution from coal combustion and automobile exhaust to CO2ff at regional background stations combined 13C. This proposal will help to understand the influence of fossil fuel emissions from Chinese Economic Circles on the atmospheric CO2 concentrations at regional background stations, and will provide scientific data to the mitigation strategies of CO2ff emissions in China and to the alleviation of atmospheric CO2 concentration increasing.

国际社会评价全球大气CO2浓度增长状况所引用的数据主要来自世界气象组织的本底站。然而，我国区域经济圈化石源CO2(CO2ff)排放对区域本底站大气CO2的影响程度还不得而知。基于此，本项目以14C示踪为手段，以确立大气Δ14CO2的本底值为基础，来阐明我国典型区域本底站大气CO2ff的浓度水平、不同时间尺度的变化特征以及空间差异，进而识别影响其变化的地理位置、化石源排放以及气象因素；并通过树轮14C来重建改革开放以来区域本底站大气CO2ff的历史变化，探讨其变化与所在经济圈化石消耗量等的联系。再与13C结合，来定量解析区域本底站大气CO2ff中来自燃煤和机动车尾气的贡献量。本项目的开展有助于认识经济圈CO2ff排放对区域本底站大气CO2的影响程度，进而为我国政府制定合理的减排政策和减缓大气CO2浓度增长提供科学数据。

国际社会评价全球大气CO2浓度增长状况所引用的数据主要来自世界气象组织的本底站。然而，我国化石源CO2(CO2ff)排放对区域本底站大气CO2的影响程度还不得而知。基于此，本项目以大气14C为主要观测对象，研究了我国本底站大气Δ14C的值和变化趋势；示踪了典型区域本底站大气CO2ff的浓度水平、变化特征以及空间差异，分析了影响其变化的因素；通过树轮14C研究了上甸子本底站大气Δ14C近70年的变化历史，量化了核试验和化石碳排放对Δ14C年际变化的影响；与13C结合，研究了西安市大气CO2ff中来自燃煤和机动车尾气的贡献量。主要研究结果如下：（1）连续多年的观测表明，受化石碳排放影响，本底大气Δ14C值有下降趋势。本底大气Δ14C值有夏高冬低的季节特征。在2020年新冠疫情期间，由于碳排量的减少使得本底大气Δ14C值有一定程度的增加。（2）本底地区CO2ff有较大的日变化，有时可达几十ppm。夏季新增大气CO2主要受生物排放源影响，夜晚影响最大。冬季新增大气CO2主要受化石能源排放影响，在10:00-16:00影响最大。（3）上甸子1948-2018年的树轮Δ14C与国际上已发表树轮Δ14C有相似的年际变化规律。我国大气核爆试验使得上甸子大气Δ14C值下降的半衰期被延长了约2.7年； 2000年后我国大量的化石燃料使用使得上甸子大气Δ14C值的下降速率加快约1.8‰ yr-1。2000年以后，大气Δ14C值与化石碳排放量显著负相关（r2>0.95）, 1‰的Δ14C值下降分别对应着京津冀2.3百万吨和我国23.3百万吨化石碳排放量的增加。（4）冬季西安市CO2ff主要来自燃煤，占72.6±10.4%；来自机动车尾气排放的贡献占13.8±10.4%。相关结果有助于认识化石碳排放对区域本底站大气CO2的影响程度，也引起了生态环境部的关注，进而有助于服务我国双碳战略相关政策的制定。