大气CO₂同位素组成是研究城市区域碳循环中人类活动和生物活动影响的理想示踪剂。2012年11月15日至2014年3月8日(包含两个供暖季和一个植物生长季)，利用CRDS技术对北京近地层大气CO₂和δ¹³C进行了原位连续观测。植物生长季CO₂和δ¹³C的变异幅度均明显小于供暖季。δ¹³C和夜间(22:00 - 04:00)CO₂来源的δ¹³C信号均表现出植物生长季富集，而供暖季贫化。供暖季CO₂和δ¹³C均呈双峰型的昼夜变化，体现了交通早高峰的影响。化石燃料燃烧释放和生物呼吸释放对局地CO₂和δ¹³C的相对贡献决定了其季节和日变化特征。假设供暖季夜间CO₂主要来源为煤炭和天然气的燃烧释放，同位素质量守恒模型表明，供暖季I和II煤炭燃烧的贡献分别达到83.83±14.11%和86.84±12.27%，而天然气的贡献则只有16.17±14.11%和13.16±12.27%。其中背景大气CO₂的δ¹³C是影响模型拆分结果的重要因素。供暖季I和II CO₂和δ¹³C与空气质量评价指数(AQI)均呈现显著的线性关系，可以表征局地大气污染状况。供暖季北京大气CO₂的主要来源以污染较重的煤炭燃料为主，能源消费结构的调整可以改善北京大气污染状况。