作為地球大氣中最主要的溫室氣體，二氧化碳的濃度隨著人類活動的增加而逐年上升。截至2016年，全球大氣二氧化碳本底濃度已超過百萬分之四百，即400ppm，這一數據在工業革命以前為280ppm。
「雖然二氧化碳只是大氣中的微量氣體，僅佔到0.04%，但它對氣候的影響非常巨大。」國家重點研發計劃「京津冀城市群高時空解析度碳排放監測及應用示範」項目負責人、中科院大氣物理所研究員曾寧告訴《中國科學報》。
工廠排放、土地利用方式的改變等人類活動排放出的二氧化碳會破壞地球生態系統碳源與碳匯的動態平衡。一旦平衡被打破，碳源過多，便會帶來全球氣候變暖、海平面上升等惡劣影響。
二氧化碳對氣候所產生的影響已成為共識，不過曾寧卻指出，目前並沒有一個觀測網絡可以監測二氧化碳在京津冀這樣重要地區的精確分布。
擁有這樣的監測網絡，可以詳細了解二氧化碳由哪裡產生，到哪裡被吸收，從而清晰認識二氧化碳源匯的分布。曾寧表示，這一方面將為氣候變化研究提供數據，另一方面也將碳源與碳匯區分開，對環境保護、二氧化碳減排都具有指導意義。
據介紹，該項目為了構建起二氧化碳的監測網絡，通過碳衛星、氣球、飛機以及地面機動車等監測手段，建立一個「天-地-空」高密度觀測網絡。
這其中城市群的二氧化碳濃度變化是曾寧團隊關注的重點。近幾年來，華盛頓、洛杉磯、巴黎等城市也剛剛開始對城市群二氧化碳濃度進行重點研究。曾寧團隊的研究以京津冀這一超大城市集群為研究對象開展。
「京津冀地區，實際上是全球二氧化碳排放單位面積強度最高的地方之一。」曾寧說。
作為中國大氣汙染形勢最嚴峻的區域之一，京津冀地區的自然狀況和人為條件多種多樣，碳監測系統建成後會有很高的示範代表性，並易於移植到其他城市群，如長三角、珠三角、四川盆地等。
對該城市集群的研究中，該團隊以天、空、地立體綜合觀測作為資料基礎，通過多源數據融合技術產生城市群高時空解析度碳排放監測信息，進行溯源研究，並通過建立可視化監測與分析示範平臺以及低碳評估指數體系作為應用出口。
不過，由於城市群要素複雜，且需要更為精細的數據，曾寧團隊開發出了一種簡單的小型儀器：微型化二氧化碳濃度觀測儀系統。這種儀器可用於高密度布點，也可以搭載在機動車前，通過機動車行駛至不同路況，搜集不同情況下的二氧化碳濃度變化。
近日，大氣物理所組織了首次強化監測，從北京大氣物理所所在地出發，分別向天津、雄安、張家口等地往返行駛，並在北京市內穿梭，收集二氧化碳濃度數據。
出發前，科研人員將兩個方形塑料盒子包裹的儀器，安裝在機動車前，兩個儀器同時收集數據，以免出現意外情況。
記者隨科研人員從大氣物理所出發前往雄安。一路上，科研人員駕車經過擁堵路段，並經過化工廠、居民區、耕地等不同路況。車載二氧化碳濃度測試儀器將收集的數據實時回傳至後方系統中。
經過初步分析，科研人員對京津冀地區冬季二氧化碳濃度做出典型二氧化碳濃度時空差異巨大的判斷。
市內和遠郊差別達到上百個ppm，晝夜變化也可達到數十個ppm，甚至更高。
曾寧表示，二氧化碳濃度在各個尺度上都有變化，這項研究就是要「搞清楚它在空間時間上的變化」，未來希望將這一大氣科學觀測結果與碳清單結合，為節能減排第三方監測提供技術支持。