二氧化碳(CO2)是最主要的溫室氣體，控制和減少CO2排放已成為共識(shí)，且中國(guó)已經(jīng)明確了2030年“碳達(dá)峰”和2060年“碳中和”的碳排放目標(biāo)。城市作為碳排放的集中區(qū)域和碳減排的基本單元，準(zhǔn)確掌握城市CO2排放規(guī)律是制定減排政策和評(píng)估減排成效的關(guān)鍵。目前主要依靠以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的排放清單，但由于城市碳排放清單數(shù)據(jù)存在較大的不確定性，有必要通過(guò)一種獨(dú)立于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的方法對(duì)排放清單進(jìn)行驗(yàn)證。 為此，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所周衛(wèi)健院士團(tuán)隊(duì)在前期對(duì)我國(guó)化石燃料穩(wěn)定碳同位素(13C)進(jìn)行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上(圖1)，以北京和西安為研究對(duì)象，結(jié)合放射性同位素(14C)開展城市冬季大氣CO2的來(lái)源解析研究。利用雙碳同位素對(duì)大氣CO2來(lái)源的強(qiáng)大示蹤能力獲得化石源CO2(CO2ff)的排放貢獻(xiàn)，并進(jìn)一步分析CO2ff中不同類型燃料的排放比例及時(shí)間變化規(guī)律(圖2)。結(jié)果表明，雖然CO2ff是北京和西安的主要碳來(lái)源，但CO2ff中不同化石燃料的排放貢獻(xiàn)有明顯的區(qū)別。其中，天然氣燃燒排放是北京市大氣CO2ff的主要來(lái)源(55±9%), 其次是以機(jī)動(dòng)車尾氣為主的油類排放(28±19%)和燃煤排放(17±10%)；相比之下，西安市大氣CO2排放仍然以煤為主(54±4%)，油類和天然氣的排放貢獻(xiàn)基本相當(dāng)(圖3)。通過(guò)該結(jié)果與排放清單中不同化石燃料的碳排放貢獻(xiàn)進(jìn)行直接對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)城市碳排放清單的降尺度重建過(guò)程中，可能低估了油類在城市碳排放中的貢獻(xiàn)。相比于傳統(tǒng)的基于大氣CO2濃度觀測(cè)和反演模型對(duì)排放清單結(jié)果的驗(yàn)證，該研究從來(lái)源解析的視角實(shí)現(xiàn)了對(duì)碳排放清單數(shù)據(jù)的獨(dú)立驗(yàn)證，為城市碳排放數(shù)據(jù)的核驗(yàn)提供了新思路，對(duì)進(jìn)一步提高我國(guó)城市碳排放數(shù)據(jù)的可靠性具有重要意義。
相關(guān)研究成果分別發(fā)表于大氣環(huán)境領(lǐng)域知名刊物Science of the Total Environment和Journal of Geophysical Research: Atmospheres，王鵬助理研究員為第一作者，周衛(wèi)健院士為通訊作者。研究工作得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金和陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
論文信息：
[1] Wang, P., W. Zhou, X. Xiong, S. Wu, Z. Niu, P. Cheng., et al. (2022), Stable carbon isotopic characteristics of fossil fuels in China, Science of The Total Environment, 805, 150240. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150240.
[2] Wang, P., Zhou, W., Xiong, X., Wu, S., Niu, Z., Yu, Y., et al. (2022). Source attribution of atmospheric CO2 using 14C and 13C as tracers in two Chinese megacities during winter. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2022JD036504. https://doi.org/10.1029/2022JD036504.
圖1. 我國(guó)化石燃料（煤、石油和天然氣）δ13C頻率分布圖
圖2. 西安(左)和北京(右)冬季大氣CO2濃度、Δ14C和δ13C的時(shí)間變化序列。
圖3. 利用MixSIAR模型獲得的西安(a)和北京(b) 煤、石油和天然氣產(chǎn)生的碳排放貢獻(xiàn)比例 (箱形圖表示第5、25、50、75和95百分位，白色方框表示平均值)。
