草地生态系统是陆地生态系统最主要的类型之一,我国草地资源丰富,研究草原陆-气之间的物质和能量交换过程,对定量认识下垫面与上层大气之间的相互作用及全球变化非常必要。本文利用内蒙古克氏针茅草原2004年全年的涡动相关观测资料和下半年的小气候梯度资料,分析了草原下垫面与上层大气之间的CO₂通量、水热通量的动态变化特征,探讨了利用变分方法估算克氏针茅草原的水热通量和动量通量,并与涡动相关方法、波文比能量平衡方法得到的结果分别作了比较。主要结果如下:1)生长季,碳通量的日动态表现为:日出以前为CO₂的释放阶段,日出以后随着光合有效辐射（PAR）的增加,草原开始吸收CO₂,正午前后达到吸收峰值。午后由于光饱和作用,光合作用受到抑制,日落以后重新转为释放阶段。草原白天的感热和潜热通量多为正值（正值代表朝向大气,负值代表朝向地面）,夜间感热为负值,潜热通量很小,接近于零值。感热和潜热通量最大值出现的时间,与CO₂通量吸收最大值及PAR最大值出现的时间相同。2) CO₂通量的月平均日变化在8～10月呈现倒钟形曲线,9月份白天吸收最为强烈,8月份次之,10月份到了生长季末期,吸收最低。感热通量比较高的月份都集中在生长季前期,5月份的感热通量最大,9月份潜热通量最高。3) 2004年全年的通量动态分析表明:1、2、12月间草原气候寒冷,低温抑制土壤微生物的代谢活动,CO₂通量较小。2月下旬气温逐渐回升,土壤呼吸排放CO₂增加;从4月下旬牧草返青开始,植物光合作用逐渐增强,8月中旬～9月下旬表现为明显的碳汇。10月初牧草开始枯萎,生态系统表现为CO2净排放,直到11月下旬,CO₂通量逐步减少。从8月下旬到10月上旬以及12月上旬,潜热通量占主导,其它月份都是感热通量占主导地位。4)生长季,净生态系统碳交换（NEE）日总量与水热通量日总量的相关性都不大,但从数据点的变化趋势来看,随着潜热增加,NEE的绝对值也在增加;随着感热增加,NEE由大部分是负值转化为大部分是正值,即碳吸收逐渐转为碳释放。5)变分法估算的感热与潜热通量与涡动相关法观测结果较为一致,且能量闭合程度更高。变分法计算的感热通量在白天明显较涡动相关法高,正午12点前后两者通量都达到峰值,两者之差也达到峰值,而夜间则较为接近;变分法计算的潜热通量曲线的相位略微落后于涡动相关法的通量曲线,且夜间的涡动相关法测得的潜热通量负值极少,负值通量的绝对值也很小。变分法与涡动相关法给出的动量通量日变化都呈现多峰型,动量输送在白天和夜间较大,而日出和傍晚前后较小,与草原上风速的日变化特征相吻合。变分法与波文比能量平衡法对陆气通量的估算比较表明,变分法可避免能量平衡法计算不稳定导致的虚假峰值现象,计算结果较为稳定。