定量测量降水一直是气象、水文等诸多研究领域的焦点，提升降水监测能力对于研究地气系统水循环、应对降水致灾、提升军事战斗力等意义重大。天气雷达因其较高的准确性和时空分辨率成为区域降水测量的有效手段，但也受到衰减、降水估计关系时空变化、降水垂直变化等因素的影响。为进一步提升天气雷达定量测量降水能力，发挥微波链路与雷达的时空匹配优势，在统计分析本地化微波雨衰特性的基础上，探讨了微波链路在天气雷达定量测量降水中的多层次应用方法，包括辅助雷达衰减订正、优化雷达降水估计关系和校准雷达降水场，提出了利用任意取向微波链路辅助雷达衰减订正的方法，以及基于链路平均雨强优化雷达降水估计关系的方法，综合分析了利用链路平均雨强校准雷达降水场的平均校准法、卡尔曼滤波校准法、克里金校准法和变分校准法，并构建基于业务天气雷达和微波链路的实验平台，利用实际降水资料进行了分析验证。具体包括：
　　（1）统计分析微波雨衰特性。微波雨衰特性是微波链路测量降水的基础，针对ITU-R雨衰模型并不普适于所有地区、季节和类型降水的问题，统计分析了南京地区连续两个夏季的实测雨滴谱数据，建立了本地化的针对不同类型降水的雨衰模型。结果表明，统计得到的雨衰模型与ITU-R模型存在一定差异，不同类型降水具有不同的雨衰特性，使用统一的ITU-R模型将带来误差。
　　（2）沿雷达径向的微波链路辅助雷达衰减订正。针对常用衰减订正方法因真实衰减未知而导致订正不稳定的问题，利用沿雷达径向的微波链路路径衰减值作为雷达径向总衰减，使用带有最大衰减量约束的最小残差法确定最优衰减系数-雷达反射率因子关系，并实现该径向雷达反射率因子的衰减订正。应用于一次暴雨过程实际资料的结果表明，最大衰减量约束避免了反射率因子突变的问题，订正后的X波段天气雷达反射率因子有效增强，与附近S波段天气雷达的反射率因子更加一致。使用订正后反射率因子反演的降水强度大幅增加，与地面雨量计实测值比较接近。
　　（3）任意取向微波链路辅助雷达衰减订正。针对沿雷达径向微波链路辅助雷达衰减订正的方法中可用微波链路局限性较大、有效订正区域太小的问题，提出任意取向微波链路辅助天气雷达衰减订正的方法，以雷达和链路分别计算的链路路径衰减的差异为目标函数，优化确定双偏振雷达衰减订正方法中的重要参量-衰减系数与比差分相位的比值α，使用优化后的α实现反射率因子衰减订正。应用于两次暴雨过程实际资料，结果表明订正后的X波段双偏振天气雷达反射率因子显著增强，订正量大于自一致（SC）方法，更加接近S波段天气雷达反射率因子，使用订正后反射率因子反演的降水强度明显提升，与地面雨量计实测值的一致性增强。
　　（4）优化雷达降水估计关系。雷达降水估计关系的准确性直接影响雷达定量测量降水的准确性，理想的测雨方案是应用随时空动态变化的准确估计关系。发挥微波链路与天气雷达更加匹配的优势，利用微波链路估测的“线”雨强，使用带有最大雨强约束的最优化法、衰减比值法和最小二乘法拟合最优雷达降水估计关系，包括S波段单极化天气雷达的反射率因子-雨强（Z-R）关系和X波段双偏振天气雷达的比差分相位-雨强（KDP-R）关系。应用于实际降水资料的结果表明，微波链路能够有效优化雷达降水估计关系，使用优化后的雷达降水估计关系反演的降水更加接近地面雨量计测值，一定程度上减小了相对于地面雨量计的误差。在最优化方法中引入雨强约束能够有效避免雨强高估问题。各种方法对S波段雷达Z-R关系的优化效果好于对X波段雷达KDP-R关系的优化效果，最优化方法、最小二乘法的效果总体上好于衰减比值法。
　　（5）校准雷达降水场。利用微波链路路径平均雨强，分别通过平均校准法、克里金校准法、卡尔曼滤波校准法和变分校准法，实现天气雷达降水场的校准，并综合分析了各种方法在校准因子场和校准效果上的差异。使用实际微波链路数据，对两次不同特征实际降水中的S波段天气雷达降水场进行了校准，结果表明，经平均校准法、卡尔曼滤波校准法、克里金校准法和变分校准法校准后的雷达降水场均更加接近雨量计实测值，统计误差MAE、ME和RMSE明显降低，雷达降水场估测精度有效提升。其中，变分校准法、克里金校准法和平均校准法的效果优于卡尔曼滤波校准法，变分校准法和克里金校准法能够得到随时空变化的校准因子场，变分校准法的效果相对较好且比较稳定。
　　本文研究了微波链路在天气雷达定量测量降水多个环节中的应用方法，并通过搭建基于业务雷达和微波链路的联合实验平台，使用实际降水资料进行了实验验证。结果表明，微波链路能够有效提升天气雷达定量测量降水能力。鉴于已建微波链路资源丰富、分布广泛，无需额外投入，本文提出的方法具有一定的科学意义和推广应用价值。