在过去50年，超过90%的化石燃料碳排放集中在北半球，再通过1-1.5年的大气南北半球交换过程在全球范围内进行传输。因此，北半球的大气CO₂浓度高于南半球，并且北半球大气CO₂浓度的增长快于南半球。随着化石燃料碳排放量的增加，大气CO₂浓度的南北半球差异(IHD_CO2)也呈现增加的趋势。已有研究表明，1957-2003年的IHD_CO2和化石燃料碳排放之间存在显著的线性关系，并且线性回归斜率保持在0.5ppm/Pg C yr^-1左右。本研究发现北半球16个站点的IHD_CO2（定义为每个站点CO₂浓度与南极站的差异）和化石燃料碳排放的南北半球差异（IHDE）之间的线性回归斜率的平均值由1982-1991年的0.69±0.12ppm/Pg C yr^-1减小到1996-2008年的0.37±0.06ppm/Pg C yr^-1，并且较大的变化发生在夏季和秋季。本研究继续探究了引起线性回归斜率在第二个时间段减小的三种可能的原因：1)化石燃料碳排放空间分布的变化，2)大气南北半球交换时间(τ_ex)的变化，3)北半球和南半球碳汇的变化。亚洲地区1996-2008年激增的化石燃料碳排放引起了碳排放空间分布的变化，通过CO₂的模拟研究本研究发现这可以解释位于60oN以北的3个站点回归斜率的变化。30年的SF₆模拟（由变化的气象场和固定的SF₆排放驱动）表明τ_ex在这两个时间段的均值和季节变化均没有发生显著的变化。根据由两箱模型计算出的北半球和南半球的碳汇，0-45oN范围内的站点线性回归斜率的变化75%归结为北半球碳汇的加快增加，25%归结为南半球碳汇的变缓增加。北半球碳汇在第二个时间段的增长率相较第一个时间段增加了约3倍，由1982-1991年的0.028±0.023Pg C/yr²（平均值±2σ不确定度）增加到1996-2008年的0.093±0.033Pg C/yr²；超过了IHDE在这两个时间段间的增加幅度（45%）。南半球碳汇的增长率在这两个时间段间减小了62%，由1982-1991年的0.058±0.018Pg C/yr²减小到1996-2008年的0.022±0.012Pg C/yr²。本研究得出的在1996-2008年间北半球碳汇的增加与区域陆地和海洋碳汇的研究结论相一致，但是0.093±0.033Pg C/yr²的增长幅度需要进一步研究证实。本研究得出的在1996-2008年间南半球碳汇的增加与区域陆地和海洋碳汇研究认为其在减小的结论相违背。因此，对于碳汇发生变化的区域仍需进一步研究。