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二氧化碳(CO2)是最主要的人为温室气体，自工业革命以来大气CO2浓度的持续上升导致的全球气候变化问题受到国际社会的高度关注。来自城市的人为化石燃料CO2（CO2ff)排放被认为是目前全球大气CO2浓度升高的主要原因。在控制碳排放量和发展低碳经济已成为全球共识的背景下，对城市CO2ff排放特征的研究将为制定科学合理的碳减排政策以及准确地评估碳减排效果提供关键科学依据。目前关于城市CO2ff排放的研究主要有基于统计数据的“自下而上”法和借助于观测数据的“自上而下”法，两种方法在研究城市CO2ff中各有其优势与不足，如何将两种方法结合对城市CO2ff排放特征开展更加深入全面的分析是目前研究的薄弱点。本论文以西安市为研究对象开展了城市大气CO2的连续观测研究，利用放射性碳同位素14C示踪方法揭示大气CO2ff浓度的时间和空间变化特征，进而阐明城市大气CO2浓度时空变化的内在机理;并基于14C示踪结果，首次通过稳定碳同位素13C的观测数据和统计数据相结合的方法对城市大气CO2ff中不同化石燃料的排放贡献做了初步的源解析研究，以期对西安市碳减排政策的制定提供科学参考。本论文主要获得以下结论: 首先，从时间变化来看，西安市大气CO2浓度表现出明显冬季高夏季低的季节变化规律，季节振幅达到90.2ppm，而在同一季节大气CO2浓度也会出现大幅度的波动。基于大气CO2的14C示踪研究表明，大气CO2浓度季节变化规律的内在机制在城区和郊区有所不同。其中，在城区主要由大气CO2ff排放强度的季节变化引起，如城区冬季CO2ff平均浓度为37.5±19.9ppm，显著(p＜0.05)高于夏季的18.6±7.1ppm;而在郊区则主要是由于生物源CO2(CO2bio)在冬夏季节的源汇转化产生的，如生物活动由冬季的碳排放源角色向夏季的碳汇作用的转变使得CO2bio的季节振幅(13.7ppm)超过CO2ff的12.3ppm。 基于Hysplit轨迹模型分析结果推断，西安市大气CO2浓度在同一季节表现出的较大幅度波动主要受不同风向和特殊地形的控制。具体表现为东北风向时由于地形阻挡作用不利于当地排放物的扩散使大气CO2ff浓度升高从而导致大气CO2浓度的增加;而当风向改变为西北风时，地形对大气扩散的阻挡作用减弱，此时大气CO2ff浓度会降低从而出现较低大气CO2浓度。进一步通过CO2ff浓度对新增大气CO2（总浓度减去背景浓度，CO2ex）的贡献分析发现，东北风向和西北风向时CO2ff对CO2ex的平均贡献分别为79.1％和47.2％，而在静风条件下这一比例为66％。在假设静风条件时CO2ff主要来自于当地排放的情况下，说明不同风向除了对大气CO2ff的扩散过程产生影响外，也会通过外源输入或输出作用对本研究区域的大气CO2ff浓度造成影响。 其次，从空间分布来看，城区大气CO2浓度显著(p＜0.05)高于郊区，尤其在冬季城区和郊区平均大气CO2浓度相差可达20ppm，表现出明显的“dome”效应。同样基于大气CO2的14C示踪研究表明，无论在冬季还是夏季，城区CO2ff浓度都要显著高于(p＜0.05)郊区，而CO2bio的空间变化并不显著(p＞0.05)。且冬季城区CO2ff对CO2ex的平均贡献为68.2±10.5％，大于郊区的63.4±14.8％;而夏季由于郊区更强的生物碳汇作用，使得城区CO2ff对CO2ex的平均贡献要低于郊区，说明大气CO2浓度表现出城区高郊区低的空间分布特征主要是由于不同区域的人为活动排放强度差异造成的。 同时也发现，虽然化石燃料是西安市大气CO2的主要来源，如冬季CO2ff对CO2ex的平均贡献约为65.8％，但城市生态系统在大气CO2循环中同样扮演着非常重要的角色，如冬季由于生物质燃烧以及有机质分解等碳排放过程使生物活动对大气CO2ex的贡献可达40％;而在夏季由于植物光合作用强度增加导致生物活动可以在城市碳循环中扮演碳汇作用，对降低城市大气CO2浓度产生积极贡献。因此在今后制定碳减排政策时除了对化石排放源的重点关注外，也应充分考虑生物活动在城市大气CO2循环中作用。进一步对大气CO2ff中来自不同化石燃料排放贡献的解析结果表明，冬季燃煤排放的贡献约为60.1％～68.4％，汽车尾气的排放贡献20.6％～28.9％，天然气燃烧的排放贡献为11％。因此，通过煤改气、煤改电等能源结构调整以及发展煤炭的清洁高效利用等措施减少冬季燃煤CO2排放量仍是目前降低西安市碳减排的重要途径;而基于统计数据“自下而上”法的研究结果也表明，随着机动车数量的持续增加，交通运输行业已经成为西安市最大的排放源，对机动车CO2排放量控制措施的制定与实施也将是西安市今后重点碳减排方向。