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地表土壤和植被系统与大气间的相互作用，特别是水热通量(感热、潜热通量)输送，是驱动天气气候变化和各种大气、水文模式的重要参数。不同类型下垫面的水热通量变化特征研究，具有重要的科学意义和实用价值。
本文在完善涡动相关仪和大孔径闪烁仪通量观测技术与观测数据处理、质量控制/评价及插补方法的基础上，利用2007-2008年海河流域密云、馆陶和大兴等站，2008年黑河流域盈科、阿柔和关滩等站的观测数据，分析了海河流域和黑河流域不同下垫面水热通量的变化特征。主要研究内容及结论如下：
1.地表水热通量的观测技术与方法：总结了涡动相关仪和大孔径I、人]烁仪的观测技术与方法，包括仪器的工作原理、安装、调试与维护以及数据的采集等，为观测实验的顺利进行和观测资料的质量保证奠定基础。
2.地表水热通量数据的处理、质量评价和插补：1)对涡动相关仪原始湍流数据进行了精细的后处理，包括野点剔除、坐标旋转、超声虚温修正和空气密度效应修正等。以密云站为例，空气密度效应修正对潜热通量的影响较大，可将潜热通量值提高约9％；坐标旋转对动量通量的影响则较大，坐标旋转前后平均绝对百分比误差(MAPD)超过40％；其它修正步骤对感热、潜热通量计算结果影响均较小，变化约在±1％之内。2)经过严格的数据质量控制后，海河流域和黑河流域涡动相关仪观测的有效数据在50％～82％之间，大孔径闪烁仪观测的有效数据约为68.9％～96.8％。3)应用多种数据插补方法(平均昼夜变化法、查表法、非线性回归方法、动态线性回归方法、HANTS方法、FAO-PM方法等)对涡动相关仪观测的地表水热通量数据进行了插补。通过对各种插补方法的对比和分析，结果表明，查表法在不同的数据缺失条件下的插补效果较好，结果也较稳定。不同的插补方法对年蒸散量影响较小，约在2.3～19.2mm之间变化。
3.不同下垫面水热通量变化特征：1)海河流域密云、馆陶、大兴三个站点地表水热通量均有明显的日、季节变化特征。非生长季能量的消耗以感热通量为主，在植物生长季，潜热通量(蒸散)则是能量消耗的主要形式。各站地表水热通量的变化特征差异较大：密云站感热通量一年呈现“双峰”变化(分别出现在4月底和9月底)，馆陶和大兴站则为“三峰”(分别出现在3月中旬，6月中旬和9月底)；密云站潜热通量一年为“单峰”变化，在7-8月出现峰值，馆陶和大兴站潜热通量为“双峰”，分别出现在5月中旬和7月下旬。分析表明，各站不同的植物种植结构是导致三个站点水热通量差异的主要原因。2008年密云、大兴和馆陶站的月蒸散量最大值分别出现在7月，5月和8月，年蒸散量分别为444.5mm，564.7mm，452.4mm。三个站点均存在地表能量不闭合现象，不闭合能量在9％～23％之间。分析表明，涡动相关仪未测到的大尺度涡旋贡献是导致地表能量不闭合的主要原因之一，在密云站和馆陶站尤为明显。分析中，分别计算了生长季和非生长季各站涡动相关仪和大孔径闪烁仪的通量贡献源区。2)黑河流域盈科、阿柔、关滩三个站点地表水热通量同样有较明显的日、季节变化特征。非生长季各站能量均以感热通量消耗为主。植物生长季，盈科与阿柔站潜热通量是能量消耗的主要形式；其中盈科站出现较明显的“绿洲效应”。而关滩站则是感热通量一直占据主导地位。各站感热通量一年均呈现“双峰”变化，分别出现在4月上旬和10月中旬；潜热通量则均为“单峰”，盈科和阿柔分别在7月初和7月底出现峰值，关滩站则在6月中旬出现峰值。盈科站蒸散量明显大于其它两个站点，日蒸散量最大值超过6mm，而关滩站蒸散量相对较小，日蒸散量一般在4mm以下。盈科、阿柔与关滩站月蒸散量分别在7、8、6月达到最大值。2008年盈科和关滩站年蒸散量分别为763.8mm和379.3mm，阿柔站6-12月蒸散总量为360.3mm。三个站点同样存在能量不闭合现象，不闭合能量约15％～21％。各站涡动相关仪通量贡献源区差异较大，但主要通量贡献源区均在距观测点500m范围内。大孔径闪烁仪(阿柔站)具有更大的观测尺度，主要贡献源区为垂直LAS光程路径且距离其250m的范围。
4.不同观测尺度感热通量的比较：比较了阿柔站涡动相关仪和大孔径闪烁仪测量的感热通量。其差异主要由于较大尺度涡旋的存在、LAS与EC源区的重叠程度以及下垫面的非均匀性等。