地表与大气之间的能量交换影响着天气演变、碳水循环和气候变化,感热通量是地表与大气之间能量交换的重要形式,是地表加热大气的主要途径。目前,涡度相关技术被广泛用于观测地表与大气之间的感热交换,但该技术需要的设备价格昂贵、数据后处理复杂,导致其观测站点有限、空间代表性不足,急需发展设备价格低廉、观测原理简单和计算算法准确的新的感热通量观测技术。通量-方差法基于方差相似性原理,仅需温度标准差和大气稳定度判断即可计算感热通量,具有大规模联网观测的潜力。但该方法在不同下垫面的计算效果有待评估,且温度标准差的选择和大气稳定度的判断有待通过试验来确定。本研究以涡度相关观测为参考,在农业养殖塘、稻田和裸地三种下垫面上利用多种传感器开展高频温度观测,首先分析了三种下垫面上的大气湍流特征,特别是通量-方法所基于的方差相似性;其次,通过野外对比观测试验,定量评估了六种高频温度传感器测定温度标准差的性能,并评估通量-方差法在三种下垫面上计算感热通量的效果;最后,从大气稳定度这一参数出发,从计算方法、大气稳定度判据和时间尺度三个方面改进通量-方差法。得到的主要结论总结如下:（1）养殖塘、稻田和裸地三种下垫面上大气湍流统计特征存在明显区别,养殖塘上方大气不稳定状态占比（74%）高于稻田（33%）和裸地（40%）下垫面,日间裸地下垫面不稳定程度高于其他两种下垫面。观测期间,三种下垫面上80%通量源区范围内都为目标下垫面。三维风速的湍流谱在惯性子区内符合-2/3次方关系,垂直风速和标量的协谱在惯性子区内满足-4/3次方关系,涡度相关系统可以观测目标下垫面与大气之间的通量交换。稻田下垫面湍流强度与湍流动能在高风速下均高于养殖塘和裸地下垫面。方差相似原理在三种下垫面上均适用,三种下垫面上三维风速归一化标准差随大气稳定度的变化符合-1/3次方规律,不稳定条件下拟合效果要好于稳定条件下,且以垂直方向上拟合效果最佳,温度和水汽密度的归一化标准差在不稳定时符合-1/3次方规律,稻田和裸地下垫面上CO2密度的归一化标准差在不稳定时符合-1/3次方规律。（2）6种温度传感器测量温度平均值的性能相当,二维超声风速计观测的温度标准差与三维超声观测值的相关系数超过0.97,均方根误差小于0.04℃,测量性能明显强于细丝热电偶温度传感器。通量-方差法在计算感热通量时对参数c T1更敏感,c T1值偏低会导致感热通量高估,c T1增减10%会使感热通量分别减小和增大13.32%、17.12%。相比通量-方差法中的默认参数,使用本研究观测得到的拟合参数会显著改善感热通量的计算,使计算值与观测值之间的均方根误差最大降低14.6 W m-2。与涡度相关观测相比,通量-方差法在稻田下垫面上对感热通量的计算效果最佳（相关系数为0.887）,其次是裸地（相关系数为0.860）和养殖塘下垫面（相关系数为0.823）。（3）改进后的通量-方差迭代算法在计算感热通量时无需依赖涡度相关系统观测,只需要温度标准差和风速观测值,但计算效果略有降低,计算值与观测值之间的相关系数减小0.06,均方根误差增大2.9 W m-2。相比原方法,迭代算法在养殖塘、稻田、裸地三种下垫面上分别有11.7%、36.4%和32.3%的计算值无法收敛。使用温度梯度进行大气稳定度判断效果优于使用净辐射,两种判据对感热通量方向的误判率分别为12.9%和34.8%。在日尺度上使用原通量-方差方法时,计算感热通量与观测较为相符,而迭代算法由于缺失值超过30%导致计算值与观测之间的一致性不佳。