《农田蒸散发涡度监测技术规范》编制说明.pdf

《农田蒸散发涡度监测技术规范》编制说明

一、工作简况，包括任务来源、主要工作过程、主要起草人及其

所做的工作等

1.任务来源

1）项目背景

涡度相关系统基于涡度相关理论，可以直接测定和计算下垫面潜

热和感热通量的湍流脉动值而求得下垫面蒸散量，是一种直接测定方

法。1895年，国外学者雷诺建立了雷诺分解法，初步形成了涡度相

关的理论框架。而后Scrase在记录垂直方向风速和水平分量成正比的

信号时，首次将涡度相关技术用于计算水平动量的垂直涡度通量。20

世纪50年代，随着数字计算机、快速响应的风速仪和温度计的研制

成功，涡度相关理论开始转化为实践，但当时的涡度相关仪只能用于

大气边界层结构、动量和热量传输方面的研究。90年代以来，我国

先后承担了一系列有关于涡度的农田蒸散发的研究课题，其中从国家

自然科学基金重点项目“西北旱区农业与生态节水应用基础研究”开

始，对涡度相关系统的农田下垫面的蒸散发监测技术进行应用研究。

在同期实施的国家自然科学基金项目“西北旱区果园不同尺度耗水估

算模型的建立及其耦合研究”的研究，又对涡度相关系统对农田的蒸

散发监测进行了大规模的田间试验示范研究，全面系统的掌握了涡度

相关系统在农田蒸散发监测上的原理、架设、传输以及田间应用程序

等。随后中国水利水电科学研究院水利研究所所承担的国家自然科学

基金青年项目“农田ET时空尺度耦合转换方法研究”、世界银行贷

款项目“基于ET的农业配水方案”、国家自然科学基金面上项目“基

于水碳耦合的农田水分利用效率多时空尺度评价与转换”、国家重点

基础发展研究计划（973）课题“基于水循环的水资源利用效用评价

基础理论与方法”、国家自然科学基金重点项目“黑河流域农业节水

的生态水文效应及多尺度用水效率评估研究”等研究课题中持续开展

了基于涡度相关系统的农田蒸散发监测技术应用和设备的研究开发

工作。而后通过水利部公益性项目“节水灌溉试验标准化与分布式应

用技术”对相关技术应用的基础理论进行了探讨，并对技术成果进行

了转化。10多年来围绕农田蒸散发涡度监测技术开展的一系列研究，

形成了农田蒸散发涡度监测技术应用体系，为了进一步指导农田蒸散

发涡度监测技术的推广应用，故提出农田蒸散发涡度监测技术规范编

制项目。

2）项目必要性

涡度监测农田蒸散发的理论假设少，精度高，目前被认为是测定

蒸散量的标准方法，可以对地表蒸散量实施长期的、连续的和非破坏

的定点监测，可以在短期内获取大量高时间分辨率的蒸散量与环境变

化信息。但是该方法要求有足够大的、平坦均一下垫面，而且需要进

行平流校正，夜间观测结果误差大，在观测时存在能量不闭合的低估

现象，而且传感器十分精密，在恶劣天气下易受到损坏，因而维修费

用高，维护困难，并且需要根据当地实际特点来选取数据校正与插补

方法，计算也较为复杂。尽管涡度相关系统在观测理论与技术、水循

环及环境控制机理等方面取得丰硕成果，但在实际应用中，仍存在很

多不完善和有待提高的地方：仪器系统中系统精度探头的进一步研制

和改进，探头的分辨率和对各种天气环境的适应性的提高；观测方法

与理论中涡度相关系统在各种气象和地形条件下的通量观测精度的

提升、数据校正模型的完善；通量贡献区在空间上的分布受到很多因

素的影响，且研究难度较大；数据分析中的频率响应校正、合适的计

算平均周期、合适的坐标旋转方法、缺失数据的插补等，使得我国农

田蒸散发涡度监测技术的适应性受到了限制。为此，制定规范的农田

蒸散发涡度监测技术对于实现农田节水灌溉、制定合理的灌溉计划和

提高水资源利用效率具有极其重要的现实意义和科学价值。

目前农田蒸散发涡度监测技术规范上无现行国家标准、行业标准

或地方标准，使得农田蒸散发涡度监测技术在架设选址、仪器安装、

数据采集、数据质量控制与标准化等各个方面缺乏相应的技术依据。

为此，本规范以统一农田蒸散发监测的技术应用为标准，提高农田蒸

散发涡度监测技术的架设选址、仪器安装、数据采集、数据质量控制

与标准化为目标，从而加快涡度相关系统在农田蒸散发监测技术的推

广应用，从而改善我国涡度相关系统在农田蒸散发监测上的应用状况，

最终达到提高农田灌溉田间水利用效率和灌溉现代化水平的目的。

为此，2021年1月13日，中国灌区协会经专家评审，批准《农

田蒸散发涡度监测技术规范》。随后，中国水利水电科学研究院联合

有关单位开展该项团体标准的编制工作。