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北京上甸子（SDZ）及浙江临安（LAN）区域大气本底站地处经济发达、人口稠密的京津冀及长三角城市圈，对这两站大气CO2及其示踪物δ13C(CO2)、CO的观测一方面有利于了解京津冀及长三角地区大气CO2本底浓度变化情况，另一方面有利于估算两个地区的源汇特征状况，为监控我国CO2浓度变化水平、制定有效节能减排措施、理解我国碳循环机制提供实时观测数据及科技支撑。目前我国对于大气CO2示踪物δ13C(CO2)相关研究匮乏，本研究基于高精度大气δ13C(CO2)集成分析标校系统，对上甸子及临安站瓶采样样品大气δ13C(CO2) 进行分析，已获取多年的数据积累，结合瓶采样样品大气CO2浓度观测数据，对其CO2源汇碳同位素标记 (δs)特征进行了深入分析；同时结合瓶采样样品大气CO2及CO浓度观测数据，对其燃烧源排放比 (CO2/CO)特征进行了探讨。为确保观测数据质量，将瓶采样样品分析结果进行了国际比对，同时比对评估了多套大气CO2观测系统及其同位素效应。此外，还对大气CO2、δ13C(CO2)及CO在线观测系统FTIR进行了测试研究，为今后的野外在线观测提供技术支持。
基于北京上甸子站及浙江临安站2007～2013年大气CO2以及上甸子站2009～2013年、临安站2011～2013年大气δ13C(CO2)瓶采样观测资料，分别筛分获得混合均匀且未受局地污染影响、具代表性的两站大气CO2及δ13C(CO2)本底数据。SDZ站及LAN站大气CO2浓度水平均呈现上升趋势，2007～2013年SDZ站大气CO2年均本底浓度变化范围为385.6 ppm～398.1ppm，高于同期全球本底CO2浓度水平，年均增长率为2.0 ppm yr-1；LAN站2007～2013年CO2年均增长率为2.7 ppm yr-1，2007～2013年LAN站年均本底浓度变化范围为388.3 ppm～405.8 ppm，高于SDZ站，可能是由于长三角地区能耗及碳排放量高于京津冀地区所致。而SDZ站及LAN站大气δ13C(CO2)均呈现下降趋势，2009～2013年SDZ站大气δ13C(CO2)年均本底值变化范围为-8.38‰～-8.52‰，其δ13C(CO2)年均增长率为-0.030‰ yr-1；LAN站2011～2013年δ13C(CO2)年均值变化范围为-8.54‰～-8.75‰，其δ13C(CO2)年均增长率为-0.080‰ yr-1，低于同期SDZ站（-0.042‰ yr-1）。SDZ站2007～2013年的7～9月大气CO2月均浓度最低水平均出现在2008年，且2007～2008年CO2浓度增长仅为0.3 ppm，为2007～2013年年增长水平最低值，推测主要源于2008年奥运期间北京及其周边省市节能减排措施实施导致碳排放量减少。
SDZ站及LAN站（2007～2013年）大气CO2季节变化显著，去长期趋势后的大气CO2本底月均浓度季节变化最低值均出现在8月，最高值分别出现在3月（SDZ）和1月（LAN），LAN站季节振幅为17.5 ppm，而SDZ站季节振幅达到23.9 ppm，两站季节振幅的较大差异主要源于地理位置差异及北方地区供暖季化石燃料燃烧有较强的碳排放。LAN站2007～2013大气CO2月均浓度明显高于同时期同纬度带海洋边界层月均值（除7月稍低1.0 ppm外），表明长三角地区是其纬度带一个较强的CO2排放源区，而SDZ站夏季大气CO2月均浓度远低于同时期同纬度海洋边界层月均值，是其纬度带夏季一个重要的CO2吸收汇区。大气δ13C(CO2) 与CO2季节变化特征大致呈镜像关系，SDZ站及LAN站大气δ13C(CO2)季节振幅分别为1.03‰和0.89‰。
利用δ13C(CO2)示踪SDZ站及LAN站大气CO2源汇特征，结果表明：SDZ站四季及全年的CO2源汇碳同位素标记特征(δs)值相较于瓦里关全球大气本底站（WLG）明显偏正，SDZ站全年δs值为-22.86‰，推测SDZ站大气CO2本底浓度变化可能还受到C4植物（玉米）的贡献。SDZ 站供暖季Ⅰ(01-01～03-14)和Ⅱ(11-15～12-31)的δs分别为-21.30‰和-25.39‰，推测供暖季Ⅱ化石燃料（煤）燃烧是主要的CO2排放源，供暖季Ⅰ则受到化石燃料与生物质（如玉米秸秆）燃烧的共同作用；SDZ站植物生长季（03-15～11-14）扣减化石燃料贡献后得到其δbio值为-22.89‰，主要来自植被活动的贡献。LAN站供暖季（12月～次年2月）估算得到的δs值为-23.27‰，推测其供暖季化石燃料（煤）的燃烧排放是重要的CO2源。LAN站植物生长季（3～11月）扣减化石燃料贡献后得到的δbio值为-22.02‰，与SDZ站δbio值接近。此外，对SDZ站和LAN站大气CO2本底浓度及CO的相关性进行分析，发现其冬季相对于瓦里关站（WLG）本底抬升浓度ΔCO2与ΔCO均表现出较强的相关性，SDZ站及LAN站ΔCO2 /ΔCO排放比分别为36.9 ppm/ppm和30.4 ppm/ppm，表明冬季两站受到较强的化石燃料燃烧源排放影响。
将瓦里关全球大气本底站瓶采样样品大气 CO2、CO、δ13C(CO2)分析结果与美国NOAA进行比对发现其差值概率分布均符合高斯拟合曲线，ΔCO2数值落在± 0.5 ppm范围内的概率为82.2%，Δδ13C数值落在±0.1‰范围内的概率为78.7%，ΔCO数值落在± 5 ppb范围内的概率为93.4%。通过对比和评估大气样品及标气同位素组成差异对NDIR及CRDS分析仪CO2测量结果影响的研究表明：常用的CO2观测系统LoFlo（Licor）以及PICARRO G1301均有同位素效应，利用自然源标气标定工业源大气样品时，可导致样品大气CO2浓度误差分别达到0.19 ppm和0.2 ppm，而如果利用它们的δ13 C(CO2)及δ18O(CO2)值对LoFlo及Picarro G1301标定结果进行校正计算，则可使其结果误差降低到±0.03 ppm以内。
对商用FTIR及其观测方法进行改进，改进后的FTIR集成系统可用于野外高精度在线观测大气 CO2/δ13C(CO2)/CO/CH4/N2O，有效提高了观测结果的准确性，流量模式下CO2/CH4/N2O/CO/δ13C(CO2)分析精度分别可达0.03 ppm、0.2 ppb、0.06 ppb、0.2 ppb、0.046‰，基本能够满足WMO实验室间可比性的质量目标要求；实验室室外空气在线模拟观测的结果表明目标气T的CO2/CH4/N2O/CO/δ13C(CO2)分析误差分别为-0.09 ppm、-0.4 ppb、0.14 ppb、-0.5 ppb、-0.126‰。
基于北京上甸子站及浙江临安站2007～2013年大气CO2以及上甸子站2009～2013年、临安站2011～2013年大气δ13C(CO2)瓶采样观测资料，分别筛分获得混合均匀且未受局地污染影响、具代表性的两站大气CO2及δ13C(CO2)本底数据。SDZ站及LAN站大气CO2浓度水平均呈现上升趋势，2007～2013年SDZ站大气CO2年均本底浓度变化范围为385.6 ppm～398.1ppm，高于同期全球本底CO2浓度水平，年均增长率为2.0 ppm yr-1；LAN站2007～2013年CO2年均增长率为2.7 ppm yr-1，2007～2013年LAN站年均本底浓度变化范围为388.3 ppm～405.8 ppm，高于SDZ站，可能是由于长三角地区能耗及碳排放量高于京津冀地区所致。而SDZ站及LAN站大气δ13C(CO2)均呈现下降趋势，2009～2013年SDZ站大气δ13C(CO2)年均本底值变化范围为-8.38‰～-8.52‰，其δ13C(CO2)年均增长率为-0.030‰ yr-1；LAN站2011～2013年δ13C(CO2)年均值变化范围为-8.54‰～-8.75‰，其δ13C(CO2)年均增长率为-0.080‰ yr-1，低于同期SDZ站（-0.042‰ yr-1）。SDZ站2007～2013年的7～9月大气CO2月均浓度最低水平均出现在2008年，且2007～2008年CO2浓度增长仅为0.3 ppm，为2007～2013年年增长水平最低值，推测主要源于2008年奥运期间北京及其周边省市节能减排措施实施导致碳排放量减少。
SDZ站及LAN站（2007～2013年）大气CO2季节变化显著，去长期趋势后的大气CO2本底月均浓度季节变化最低值均出现在8月，最高值分别出现在3月（SDZ）和1月（LAN），LAN站季节振幅为17.5 ppm，而SDZ站季节振幅达到23.9 ppm，两站季节振幅的较大差异主要源于地理位置差异及北方地区供暖季化石燃料燃烧有较强的碳排放。LAN站2007～2013大气CO2月均浓度明显高于同时期同纬度带海洋边界层月均值（除7月稍低1.0 ppm外），表明长三角地区是其纬度带一个较强的CO2排放源区，而SDZ站夏季大气CO2月均浓度远低于同时期同纬度海洋边界层月均值，是其纬度带夏季一个重要的CO2吸收汇区。大气δ13C(CO2) 与CO2季节变化特征大致呈镜像关系，SDZ站及LAN站大气δ13C(CO2)季节振幅分别为1.03‰和0.89‰。
利用δ13C(CO2)示踪SDZ站及LAN站大气CO2源汇特征，结果表明：SDZ站四季及全年的CO2源汇碳同位素标记特征(δs)值相较于瓦里关全球大气本底站（WLG）明显偏正，SDZ站全年δs值为-22.86‰，推测SDZ站大气CO2本底浓度变化可能还受到C4植物（玉米）的贡献。SDZ 站供暖季Ⅰ(01-01～03-14)和Ⅱ(11-15～12-31)的δs分别为-21.30‰和-25.39‰，推测供暖季Ⅱ化石燃料（煤）燃烧是主要的CO2排放源，供暖季Ⅰ则受到化石燃料与生物质（如玉米秸秆）燃烧的共同作用；SDZ站植物生长季（03-15～11-14）扣减化石燃料贡献后得到其δbio值为-22.89‰，主要来自植被活动的贡献。LAN站供暖季（12月～次年2月）估算得到的δs值为-23.27‰，推测其供暖季化石燃料（煤）的燃烧排放是重要的CO2源。LAN站植物生长季（3～11月）扣减化石燃料贡献后得到的δbio值为-22.02‰，与SDZ站δbio值接近。此外，对SDZ站和LAN站大气CO2本底浓度及CO的相关性进行分析，发现其冬季相对于瓦里关站（WLG）本底抬升浓度ΔCO2与ΔCO均表现出较强的相关性，SDZ站及LAN站ΔCO2 /ΔCO排放比分别为36.9 ppm/ppm和30.4 ppm/ppm，表明冬季两站受到较强的化石燃料燃烧源排放影响。
将瓦里关全球大气本底站瓶采样样品大气 CO2、CO、δ13C(CO2)分析结果与美国NOAA进行比对发现其差值概率分布均符合高斯拟合曲线，ΔCO2数值落在± 0.5 ppm范围内的概率为82.2%，Δδ13C数值落在±0.1‰范围内的概率为78.7%，ΔCO数值落在± 5 ppb范围内的概率为93.4%。通过对比和评估大气样品及标气同位素组成差异对NDIR及CRDS分析仪CO2测量结果影响的研究表明：常用的CO2观测系统LoFlo（Licor）以及PICARRO G1301均有同位素效应，利用自然源标气标定工业源大气样品时，可导致样品大气CO2浓度误差分别达到0.19 ppm和0.2 ppm，而如果利用它们的δ13 C(CO2)及δ18O(CO2)值对LoFlo及Picarro G1301标定结果进行校正计算，则可使其结果误差降低到±0.03 ppm以内。
对商用FTIR及其观测方法进行改进，改进后的FTIR集成系统可用于野外高精度在线观测大气 CO2/δ13C(CO2)/CO/CH4/N2O，有效提高了观测结果的准确性，流量模式下CO2/CH4/N2O/CO/δ13C(CO2)分析精度分别可达0.03 ppm、0.2 ppb、0.06 ppb、0.2 ppb、0.046‰，基本能够满足WMO实验室间可比性的质量目标要求；实验室室外空气在线模拟观测的结果表明目标气T的CO2/CH4/N2O/CO/δ13C(CO2)分析误差分别为-0.09 ppm、-0.4 ppb、0.14 ppb、-0.5 ppb、-0.126‰。