2020年9月，我國向世界宣布了2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。這不僅是我國積極應(yīng)對全球變暖的國策，也是基于科學(xué)論證的國家戰(zhàn)略。
隨著人類活動產(chǎn)生的溫室氣體對全球變暖的影響，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。全球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最重要的溫室氣體。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%。
在全球范圍內(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(hù)，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)域和全球范圍內(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。
圖1. 地-氣水循環(huán)過程（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
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有效的方法（Friend，2006; Baldocchi，2008）。
2. 對目標(biāo)測量區(qū)域的干擾小；
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(jìn)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:
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(jìn)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(jìn)行測量，以捕捉快速移動的湍流。
圖3. 蒸散觀測系統(tǒng)實地架設(shè)：Gill WindMaster 超聲風(fēng)速儀（左）、HT-1800 激光開路水汽分析儀（右）
HT-1800是測量蒸散量的絕佳選擇，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(yùn)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不可少的。
圖4. HT-1800 激光開路水汽分析儀近景圖
? 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(dá)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(yùn)動部件，抗振性強(qiáng)
? 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(fèi)程序，如ECO2S和ECpack；
免費(fèi)的開放源代碼軟件包，如EddyUH，EdiRe，TK3，Alteddy和EddySoft等。
參考文獻(xiàn)
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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.
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