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本文在对比分析大气化学传输模型(GEOS-Chem)对大气C02模拟性能的基础之上,利用该模型数值结果分析了2006～2010年全球不同区域地表大气CO2浓度的空间分布特征和时间变化规律。进而讨论导致不同典型区内地表C02浓度季节变化差异的可能原因。同时,建立了全球陆-气和海-气碳通量反演系统,计算得到全球总碳通量(陆地生态系统和海洋碳通量)。首先,对比分析在不同气象外强迫条件下(GEOS-4和GEOS-5), GEOS-Chem模型对大气C02浓度的模拟效果。发现在GESO-5气象场驱动下,该模型能够更好地模拟出全球大气C02浓度的时空特征。同时,利用Globalview-CO2全球观测数据对其2006～2010年的模拟结果进行验证。结果表明,该模型对地表大气C02浓度的季节和年际变化具有很好的模拟能力。其次,根据2006～2010年全球大气C02浓度的模拟结果,重点分析了北半球地表大气C02浓度的时空特征,结果表明：年平均C02浓度高值中心分别位于亚洲东部和北美东北部。它们的年际变率增幅明显高于北半球其他区域。在季节尺度上,前者C02浓度最大值出现在春季,而后者出现在冬季,且二者C02浓度高值出现时间存在年际差异；这两个地区底层C02浓度最低值都出现在夏季。同时,研究了不同植被下垫面C02浓度的变化特征,发现森林、农田、草原典型区所对应的地表C02浓度的季节内变幅依次减小。这种季节变化差异与不同典型区域内植被生物学特性及气象因子协同相关。进一步分析表明：三类典型区域内C02浓度与其叶面积指数(LAI)变化具有很好的负相关性。近地层C02浓度与温度、降水也存在着负相关关系,其中与地表气温的负相关性更强。由于局地气候环境不同,导致的不同纬度带植被种类也存在明显的地域性差异,并反映在区域间LAI的变化上。以中国东部为例,进行了典型森林和农田地表C02浓度的季节差异研究。结果发现,林地区的季节变幅大于农田区,且夏李北方林地区地表C02浓度值低于南方林地区。各典型区内地表C02浓度与LAI相关性表现为：大兴安岭针叶林>长白山落叶阔叶林>江南丘陵混交林>华南常绿阔叶林；东北平原农田区>华北平原农田区>成都平原农田区>江淮平原农田区。受环境影响,大兴安岭针叶林区和成都平原农田区是地表C02浓度与地表气温负相关性最大的区域；华北平原农田区和大兴安岭针叶林区则是地表C02浓度与降水负相关性最大区域,且部分区域地表C02浓度与降水的负相关存在1个月滞后响应期。最后,依据贝叶斯反演理论建立了全球陆-气和海-气碳通量反演系统,并利用该反演系统得到2007～2009年全球不同区域月平均碳通量(陆地+海洋)。同时,反演结果分析表明：全球陆地植被生态系统和海洋碳通量总体表现为大气碳汇,3年平均总通量值为-6.2Pg C/year。其中大气碳汇大值区主要位于北半球亚洲北部,欧洲和北美。从季节变化来看,陆地生态系统碳通量的季节变幅高于海洋区域。其中,北半球中纬度陆地区域碳通量季节内变幅最大,且碳汇量最高值出现在夏季。