城市仅占全球陆地面积的约0.37%，却养育着全球约56%的人口，贡献了全球70%以上的能源消耗。作为人类活动最为集中的区域，它不仅“呼出”CO₂、NO_x、CO、SO₂等温室气体和污染物（源），同时也从大气中“吸入”大量O₂（汇）。在人口高度集中的城市中心，居民呼吸也可对当地的碳氧平衡造成不可忽视的影响。鉴于O₂参与到化石燃料燃烧、居民呼吸等关键过程，探究城市大气O₂及其与污染物之间的协同变化，有助于准确监测和估算化石燃料燃烧和污染排放，为有效制定和实施大气污染防治措施、实现“双碳”目标提供科学依据。然而，目前国际上仅有极少几个研究团队在城市背景下开展连续的O₂浓度观测。

兰州作为我国西北地区重要的工业基地和交通枢纽，是丝绸之路经济带的重要节点城市，“两山夹一河”的地形屏障和不利气象条件使污染物难以扩散、大气O₂浓度下降。独特的河谷地形也使大量人口在狭长的地区高度聚集，核心区域人口密度已超过50, 000 人/km²。基于上述考虑，本研究利用兰州大学氧气浓度观测平台和兰州大气组分超级监测站的观测数据，将STILT大气传输模型与高精度城市土地利用资料相结合，量化城市化石燃料燃烧（ΔO_2FF）和居民呼吸（ΔO_2RES）过程对兰州市大气O₂浓度的影响。观测表明，兰州市O₂浓度呈现夏季高、冬季低的季节变化特征，与主要污染物呈明显的负相关关系。当污染加剧时，非工业足迹增加，与NO_x、PM₁排放有关的O₂消耗明显增加；大气扩散条件改善时，站点更容易受到工业足迹的影响，SO₂、CO对O₂下降的贡献增强。我们进一步基于污染物和O₂在ΔO_2FF和ΔO_2RES参与程度的差异性，从城市氧气浓度变化信号（ΔO_2URB）中定量分离不同污染情景下ΔO_2FF和ΔO_2RES的贡献。结果表明，ΔO_2FF在一天中有两个低值，分别出现在上午8:00~10:00和傍晚17:00~19:00。当污染加剧时，ΔO_2FF的贡献66.92%增加至72.50%，而ΔO_2RES则从33.08%下降至27.50%。

这项工作揭示了不同污染情景下兰州市O₂浓度变化特征及城市耗氧过程对O₂浓度的影响，指出与机动车耗氧是影响兰州市O₂变化的主要因素；在人口高度聚集、植被稀少的城市区域，居民呼吸过程也可对当地的碳氧平衡造成不可忽视的影响。因此，基于观测资料估算和验证人为排放清单时，有必要考虑当地居民呼吸对CO₂和O₂通量的潜在影响。

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