2020年9月，我國向世界宣布了2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。這不僅是我國積極應(yīng)對變暖的國策，也是基于科學(xué)論證的國家戰(zhàn)略。

      隨著人類活動產(chǎn)生的溫室氣體對變暖的影響，我們正在經(jīng)歷洪水、干旱、森林火災(zāi)和海平面上升等一系列災(zāi)害性天氣氣候事件。平均氣溫正以前所未有的速度上升。

      水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）、氧化亞氮（N2O）、甲烷（CH4）、氟利昂等都是地球大氣中主要的溫室氣體。但是大氣中的水汽，在探索其對氣候變化影響的研究中，始終未給予足夠的重視。實際上水汽是大氣中Z重要的溫室氣體。學(xué)界認(rèn)為，水的比熱以及其在地球表面的巨大含量，通過蒸騰和降水，極大的影響氣候的變化，其所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)大約占整體溫室效應(yīng)的60%-70%。

      生物圈中很大的物質(zhì)流動是水的循環(huán)(Chahine, 1992)。土壤和水體表面的水會通過蒸發(fā)發(fā)生轉(zhuǎn)移，蒸騰作用會使植物中的水分通過氣孔流失，這兩個過程代表了水向大氣轉(zhuǎn)移的運動，統(tǒng)稱為蒸散發(fā)或簡稱為蒸散（Evapotranspiration, ET）。

      在范圍內(nèi)，約有65%的陸面降水通過蒸散返回大氣(Trenberth,2007)。蒸散對于水資源管理，瀕危物種保護，分析干旱，洪水，野火和其他自然災(zāi)害的成因非常重要。此外，從能量的潛熱通量考慮，蒸散消耗了地球表面吸收的約50%的太陽輻射(Trenberth,2009)。這會影響地方，區(qū)域和范圍內(nèi)的氣候和水文。由于這些原因，準(zhǔn)確測量蒸散是非常重要的。

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       蒸散量很難測量，因為它受多種環(huán)境因素的影響，包括太陽輻射，氣溫，風(fēng)速和濕度(Drexler,2004)。測量蒸散量的方法有多種，比如土壤蒸滲法，渦動協(xié)方差法，閃爍法，波文比法，彭曼法和遙感法。渦度協(xié)方差方法，是近年來一種非常流行的微氣象學(xué)觀測方法。它通過計算垂直風(fēng)速和待測物理量波動的協(xié)方差來獲得湍流引起的能量和物質(zhì)通量。這種方法能夠直接測量植物群落與大氣之間的碳，水，熱量等通量交換。以當(dāng)前的儀器技術(shù)，可以測量在不同時間尺度（小時，日，季節(jié)和年）以及在100-2000 m空間尺度上的物質(zhì)和能量密度的微小波動。渦度協(xié)方差技術(shù)直接，精確，連續(xù)地確定生態(tài)系統(tǒng)的碳和水蒸氣通量，并且已被證實是在生態(tài)規(guī)模上測量陸地生物圈與大氣之間相互作用的Z有效的方法（Friend，2006; Baldocchi，2008）。

與其他方法相比，渦動協(xié)方差技術(shù)具有四個突出的優(yōu)勢：
1.  可以就地原位直接測量ET和潛熱通量；

2.  對目標(biāo)測量區(qū)域的干擾Z?。?/p>

3. 測量結(jié)果是中尺度生態(tài)區(qū)域（100~1000m）的空間平均蒸散量；

4. 系統(tǒng)可自動進行連續(xù)的長期測量。

       渦度協(xié)方差幾乎沒有理論上的假設(shè)，因此，它被微型氣象學(xué)家高度認(rèn)可，認(rèn)為這是確定能量和物質(zhì)通量的標(biāo)準(zhǔn)方法，也是測量蒸散量的Z為直接的方法(Jung,2010)。其具體原理是利用三維風(fēng)速儀和水汽分析儀（或密度）的高速測量，則蒸散的計算方式為：

       其中P是干空氣密度（常量），W是垂直風(fēng)速，q是水汽混合比（水汽質(zhì)量除以干燥空氣質(zhì)量）。上方的橫線表示測定時間內(nèi)的均值，右上撇代表脈動。

儀器:

圖一：HT1800開放式水分析儀

       渦動協(xié)方差測量所需的基本儀器包括水汽分析儀和三維超聲風(fēng)速儀，這兩個儀器都必須能夠進行高頻測量。水汽分析儀測量水汽密度，風(fēng)速儀測量三維風(fēng)速和風(fēng)向。通常以10赫茲（每秒10次）或更快的速度進行測量，以捕捉快速移動的湍流。

圖二：HT1800和Gill WindMaster 超聲風(fēng)速儀在典型的蒸散條件下的安裝

       HT-1800是測量蒸散量的很好選擇，因為空氣可以自由移動并通過其開放的測量空間，而且可以避免水汽的吸附效應(yīng)。開路測量的另外一個好處是省掉了氣體采樣泵的功耗，只需太陽能電池驅(qū)動即可在穩(wěn)定的條件下運行。HealthyPhoton即將推出專為渦動協(xié)方差設(shè)計的新型HT1800 開路式水汽分析儀。自從推出HT8700E開路式氨分析儀以來，我們在渦動協(xié)方差測量領(lǐng)域儀器的開發(fā)和應(yīng)用中逐漸積累了經(jīng)驗。我們的新型HT1800水汽分析儀具有開放光路配置，可直接測量大氣中的水汽含量，同時確保高精度和高頻特性。該儀器完全滿足渦動協(xié)方差的測量要求，具備20Hz頻率的高速信號輸出。值得一提的是，水汽（或潛熱通量）測量在針對于其他種類氣體的通量分析和通量校正中也是必不可少的。

圖三：HT-1800近景

HT1800的特點包括：

?  成本低，易于批量組網(wǎng)，建設(shè)區(qū)域通量觀測網(wǎng)格

?  非常適合渦動協(xié)方差和蒸散測量

?  開放路徑配置，測量頻率高達20Hz

?  超靈敏的激光光譜帶來極低的漂移

?  不受二氧化碳（CO2）和其他氣體分子的干擾

?  無運動部件，抗振性強

?  堅固的設(shè)計，適用于多種現(xiàn)場部署

?  低功耗（10 W），可由太陽能電池板供電

對于超聲風(fēng)速儀，可以從以下制造商處獲得兼容的風(fēng)速儀，包括Gill?，Campbell Scientific?，Metek，RM Young Company，和Kaijo-Denki。

此外，可以通過能量平衡封閉，填充間隙和解釋通量結(jié)果，將諸如凈輻射計，土壤通量板和降水量計等生態(tài)氣象傳感器用于通量測量驗證。

       迄今為止，有許多軟件程序可以用于處理渦動協(xié)方差數(shù)據(jù)并得出諸如潛熱，顯熱通量，動量和氣體通量等結(jié)果。這些程序在復(fù)雜程度，靈活性，允許使用的儀器和變量，幫助系統(tǒng)和用戶支持等方面差異很大。 一些程序是開源軟件，而其他程序則是封閉源代碼或?qū)Ｓ熊浖?nbsp;

包括專業(yè)的商業(yè)軟件，如EddyPro?； 

開源免費程序，如ECO2S和ECpack； 

免費的開放源代碼軟件包，如EddyUH，EdiRe，TK3，Alteddy和EddySoft等。

參考文獻

Chahine, M.T. 1992. The hydrological cycle and its influence on climate. Nature, 359: 373-380. 

Drexler J. Z., R. L. Snyder, D. Spano, U.K.T. Paw. 2004. A review of models and meteorological methods used to estimate wetland evapotranspiration. Hydrological Processes, 18; 2071–2101. 

Jung M., M. Reichstein, P. Ciais, et al. 2010. A recent decline in the global land evapotranspiration trend due to limited moisture supply. Nature, 467: 951-954. 

Trenberth K.E., L. Smith , T. Qian, A. Dai, J. Fasullo. 2007. Estimates of the global water budget and its annual cycle using observational and model data. Journal of Hydrometeorology, 8: 758-769. 

Trenberth K.E., J. T. Fasullo, J. Kiehl. 2009. Earth's global energy budget. Bulletin of the American Meteorological Society, 90; 311-324.