获得高精度的温室气体通量数据,并对不同区域之间的温室气体排放量级进行比较,是控制大气温室气体排放的主要途径。光谱技术的发展为通量观测,特别是对信噪比较小(如小型水体等)的区域提供了高精度的技术手段。验证光谱仪在野外观测中的适用性和稳定性,明确不同光谱仪之间的测量差异,不仅对野外连续观测以及不同通量观测方法中仪器的选择和应用提供了参考价值,同时也进一步拓宽了光谱技术在大气温室气体探测方面的应用研究。本研究基于离轴积分腔输出光谱(OA-ICOS)、波长调制光谱(WMS)、非色散红外光谱(NDIR)原理的三种光谱仪构建了通量梯度(FG)和涡度相关通量观测系统(EC),对小型水体水-气界面温室气体浓度和通量进行了原位高频观测,验证了光谱仪在野外观测中的适用性和稳定性;同时阐述了不同通量观测方法之间的原理差异、WPL和光谱校正对原始通量数据的影响,并明确了基于高精度光谱仪构建的通量梯度系统对小型水体的通量信号的检测能力,主要结果如下:(1)对光谱仪在线计算气体浓度原理和浓度观测结果分析发现:对于CO2浓度,NDIR光谱仪和OA-ICOS分析仪测量值的有效数据量分别为59%和89%, NDIR光谱仪测量的CO2浓度低于OA-ICOS分析仪测量值约为18.10 μmol mol-1,对于H2O浓度,NDIR光谱仪和OA-ICOS分析仪测量值的有效数据量分别为63%和89%,NDIR光谱仪测量的H20浓度低于OA-ICOS分析仪测量值约为3.8 mmol mol-1,产生偏差的原因主要由系统误差、密度和浓度之间转化时大气温度和压强波动以及开路仪器存在漂移带来的误差;对于CH4浓度,WMS分析仪和OA-ICOS分析仪测量值的有效数据量分别为71%和91%,WMS分析仪测量CH4的浓度值在观测期间低于OA-ICOS测量值约为0.01 μmol mol-1,并且通过研究不同湿度条件下不同光谱仪测量值偏差的变化,发现低湿条件下(相对湿度为30%～40%) NDIR光谱仪以及WMS分析仪与OA-ICOS分析仪的测量值更为接近,以上分析结果表明:OA-ICOS分析仪在野外观测中由于受大气环境因素波动影响较小,因此有效数据量和浓度准确度更高,可以作为野外观测中测量温室气体浓度仪器选择的参考。(2)利用不同光谱仪构建通量梯度与涡度相关通量观测系统对小型水体进行通量观测发现:不同光谱仪构建的通量观测系统能够实现对低信噪比区域小型水体的温室气体通量观测,且两种通量观测方法都能够捕捉到通量的时间变化特征,其中利用OA-ICOS分析仪结合自组装的便携式通量梯度系统能够观测到大气中的梯度信号,并且零梯度测试结果显示本套通量梯度系统测量H2O、C02和CH4通量的精度分别为0.30 W·m-2、0.006 mg·(m2·s)-1、0.03 μg·(m2·s)-1,并和其他文献的零梯度测量结果对比发现本套通量梯度系统具有较高的测量精度和较小的测量偏差,证明OA-ICOS光谱仪适用于FG通量观测系统并在观测中表现出高精度和较好的稳定性。