1         什么是渦度相關通量（ Eddy Covariance Flux ）？

能量流動與物質循環是地圈、生物圈與大氣圈相互作用的重要紐帶，也是生態系統生態學研究的核心內容之一。渦度相關通量技術（Eddy Covariance, EC）是一種基于微氣象原理的觀測方法，通過測量垂直風速與氣體濃度的瞬時變化，估算陸氣界面物質（如CO?、水汽）與能量的交換通量。該方法通過計算垂直風速與氣體或能量脈動的協方差，能夠直接獲取植被冠層與大氣之間的能量和物質交換，是目前國際上廣泛采用的標準通量觀測方法。相較于傳統的通量估算方法，渦度相關技術具有以下顯著優勢：

1. 整合性強：所測得的通量反映了整個生態系統與大氣之間的凈交換總量。例如，對CO?的觀測結果即為光合作用吸收與呼吸釋放的合成值，即凈生態系統交換量（NEE）。

2. 時間連續性好：可實現全天候、全年無間斷的自動化監測，提供從分鐘、小時到日、月、年及年際等多時間尺度上的連續觀測數據。

3. 空間代表性強：通量塔的“感應面積”可覆蓋數百平方米至數平方千米，遠超傳統的小尺度測量方式。

隨著該技術在全球碳水循環研究中的廣泛應用，長期、連續的渦度通量觀測正為以下研究提供關鍵數據支持與機理理解：生態系統碳匯能力評估、水分與能量平衡分析、生態系統對氣候變化的響應反饋、區域與全球尺度模型的優化與驗證、以及極端氣候事件對生態系統結構與功能的影響。通過單點長期觀測，可明確不同氣候區與植被類型下的碳水通量強度基線及其季節性與年際變異特征；而多站點的聯網觀測，則有助于揭示生態系統碳通量在區域與全球尺度的空間變異規律，進一步探討溫度和降水等氣候因子在區域尺度上對碳通量格局的生物地理控制機制。渦度相關技術的原理與應用可參考以下文章：

 

陳世蘋 ,  游翠海 ,  胡中民 ,  陳智 ,  張雷明 , &  王秋鳳 . (2020).  渦度相關技術及其在陸地生態系統通量研究中的應用 .  植物生態學報 , 44(4), 291-304.
祁亞輝 , &  王小丹 . (2023).  陸地生態系統碳通量面臨的挑戰與機遇 —— 基于渦度協方差測定 .  生態學報 , 43(8), 2979-2994.

圖1 渦度相關技術通量觀測示意圖(以CO2通量觀測為例)（來源：陳世蘋等，2020）

2         渦度相關通量數據處理方法

通量數據處理一般遵循以下步驟：

1) 原始數據質量控制（如去除異常值、儀器錯誤）。

2) 通量計算與坐標旋轉。

3) 通量修正

WPL 修正：考慮密度波動引起的誤差

頻率響應修正：補償儀器對高頻/低頻信號的衰減

u* 過濾：去除低湍流條件下的數據

4) 數據插補與間隙填補

5) 年尺度的GPP、Re、NEE推算。主要包括基于夜間NEE與溫度回歸，或者晝夜分割方法等。