湍流通量的精确观测是微气象学研究的核心问题之一，目前已有多种微气象学方法可用于获取近地面层内的湍流通量，根据研究目的和仪器设备条件等因素，可选用合适的观测方法。其中，作为通量观测的直接方法，涡旋相关法得到了十分广泛的应用，其理论体系比较成熟，但此方法的应用依赖于对大气湍流的直接观测。相对而言，其他各种间接方法对观测仪器的要求较低，但由于它们建立在较多理论假设或前提之上，在实际应用中具有较强的不确定性，同时由于应用范围有限，故具有更广阔的拓展空间。本论文的研究对象为观测湍流通量的三种微气象学方法，包括通量方差法、波文比能量平衡法和空气动力学方法，同时涉及通量的整体参数化。三方面研究内容的主要结论如下： (一)通量方差法 利用农田下垫面的微气象观测数据，研究通量方差法在不稳定条件下估计感热和潜热通量的方案，并成功地将此方法的应用范围拓展至CO2通量的估计，使之在碳通量的缺值插补中具有应用前景。在不稳定条件下，温度(θ)、水汽和CO2三种标量满足通量方差相似性。在近中性条件下，比湿(q)和CO2浓度(c)的无量纲标准差分别趋近于常数2.33和3.35。在自由对流条件下，各标量的无量纲标准差满足-1/3次率。就标量属性而言，水汽介于温度(主动标量)和CO2(被动标量)之间，属性上的差异是造成标量不完全相关的原因之一。自由对流近似公式可较准确地估计感热通量，但近中性条件下的估计值偏低。将温度作为参考标量，本研究推荐两种方案以用于估计潜热和CO2通量。第一种方案依赖于通量方差相似性关系的局地标定。第二种方案依赖于相对输送效率的参数化。本研究重新确定了感热对潜热的相对输送效率(λθq)的表达式，并给出了感热对CO2的相对输送效率(λθc)的参数化方案。 (二)波文比能量平衡法 利用1999年淮河流域能量和水循环实验(HUBEX-99)加强观测期的微气象数据，研究波文比能量平衡法计算感热(H)和潜热(LE)通量的质量控制及缺值插补方案，同时揭示净水汽交换量的简化计算模型误差，为水文气象学的观测研究提供依据。质量控制方案分为三步，前两步依次剔除导致错误通量方向及位于-1附近的波文比数据，第三步剔除可能违反常通量假设的数据，其理论依据是三种通量输送情形的波文比取值范围，各情形分别为I(LE＞0，H＞0)、Ⅱ(LE＞0，H＜0)和Ⅳ(LE＜0，H＜0)，依次以白天、昼夜交替时段和夜间为特征发生时间。同时，Priestley-Taylor参数(α)在三种情形之间具有不同的取值范围，进而解释了α在白天无明显变化，而在昼夜交替时段明显增大的日变化特征。平均而言，情形Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ的α值分别为1.20、1.35和0.97，由此将Priestley-Taylor蒸发模型的应用性拓展至凝结条件(LE＜0)。依据拓展的Priestley-Taylor蒸发模型和能量平衡方程，分别建立了潜热和感热通量的缺值插补方案，其可靠性得到证实。基于能量平衡关系，计算净水汽交换量的简化模型往往忽略感热通量或土壤热通量，对比分析得知，忽略任一将使得净交换量高估约3％。 (三)整体参数化与空气动力学方法 以整体参数化与空气动力学方法为理论框架，分别研究稳定条件下的整体输送系数和湍流通量对相似性函数选取的敏感性，并试探性地提出函数修正建议，以改进强稳定条件下的通量廓线关系。通过考察四种廓线指标在层流极限下的行为，结合Deacon数技术，对稳定条件下的三组非线性相似性函数进行了批判性的评估，存在的缺陷主要表现为：函数给出的动量与感热的整体输送系数相等，不符合以往观测事实：当整体Richardson数(RiB)高于一定上限时，函数无法用于通量参数化或计算；某些廓线指标在层流极限下的行为有别于理论期望。针对如上缺陷，提出两点修正建议。首先，风速和位温的相似性函数应具有形式相同的表达式，而系数应有差异。其次，当无量纲稳定度(ζ)较小时，风速和位温的无量纲梯度函数应近似为ζ的线性函数。当ζ增至某过渡区间内时，函数应近似为常数；而后，函数值应偏离常数且随ζ表现出新的变化。在区间O＜RiB＜1内经敏感性分析发现，三组非线性相似性函数给出的整体输送系数存在一定差异。总体上，在区间0＜RiB＜0.5内，计算结果的相对差异小于30％，但当RiB接近1时，相对差异可达2倍以上。与此同时，相似性函数在湍流通量计算中亦表现出某些差异，在动量、感热和潜热通量中的绝对差异分别可达0.03kgm-1s-2、4Wm-2和10Wm-2，由此造成能量平衡率的差异可达0.1。