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在资料同化中,观测误差同背景误差一起决定了观测的权重,获取准确的观测误差对于提高同化效果,改进数值预报至关重要。FY-3为我国第二代极地轨道气象卫星系列,其资料逐渐在国际各大业务预报中心得到广泛应用,并且在数值天气预报中心同化系统中发挥着越来越重要的作用。FY-3卫星资料在同化系统中应用,一个关键方面在于对观测资料误差的准确刻画和处理。然而,目前同化系统中针对FY-3卫星资料的观测误差的处理均比较简单。本文针对FY-3A/B微波温度计(MicroWave Temperature Sounder,MWTS)和微波湿度计(MicroWave Humidity Sounder,MWHS)资料的观测误差及其在同化中的应用进行了系统深入的研究,以期改进FY-3卫星资料的观测误差协方差矩阵,提高FY-3卫星资料在同化系统中的利用效能。主要内容包括:首先,为了有效消除卫星资料的系统性偏差,实现区域模式中MWTS和MWHS资料的偏差订正,本文基于传统变分偏差订正方法,提出一种基于循环更新的偏差订正方法。该方法从同化分析时刻前两天开始进行循环预同化,在循环同化过程中更新偏差订正系数,实现对偏差订正系数的动态调节和spin-up,最终获得适合于区域模式的MWTS和MWHS资料的偏差订正系数。结果表明,该方法大大减少了各通道的观测偏差,各扫描位置和纬度位置的偏差也显著减少,明显改进了观测偏差分布的峰值和标准差,更加满足同化系统中对观测与背景偏差的无偏性且符合高斯分布的特征。其次,为了定量获得FY-3卫星观测资料的误差标准差及相关性等特征,本文首次使用Desroziers方法诊断分析了FY-3A/3B上MWTS和MWHS在WRFDA同化时的观测误差空间相关和通道间相关。研究结果表明,诊断得到的观测误差标准差要小于WRFDA(WRF Data Assimilation system)中给定的误差标准差;MWTS观测误差的通道相关性较小,但MWHS的各通道间,尤其是相邻通道间,都有较强的通道间相关。MWTS和MWHS的误差都存在空间相关性,MWTS的观测误差在120km以内具有较强的空间相关,MWHS在60km以内具有较强的空间相关,利用文中统计的空间相关特征距离优化卫星资料稀疏化方案,可以有效改进同化分析场以及相应预报结果;另外,研究还发现,对于不同卫星上搭载的同一仪器,其观测误差标准差也存在差别,同一仪器的观测误差与扫描位置和纬度也有关。最后,为了检验评估观测误差相关性对同化分析和预报的影响,分别采用NWPSAF(EUMETSAT Satellite Application Facility on Numerical Weather Prediction)一维变分同化系统(one dimensional variational data assimilation,1DVar)和WRFDA三维变分同化系统(three dimensional variational data assimilation,3DVar)进行了FY-3卫星资料同化试验。试验结果表明:1DVar中的误差诊断结果与WRFDA 3DVar基本一致,但由于误差来源具有不同的特征,两个系统的诊断结果仍有部分差异,其中误差标准差要大于3DVar,通道间相关要稍弱于3DVar。在1DVar中考虑通道间相关误差的试验表明,使用通道间相关的观测误差协方差矩阵可以使观测与分析的增量变小,背景场与分析的增量,特别是湿度增量变大。对观测影响的定量研究表明,考虑相关误差可以使信号自由度(DFS)和误差方差减少量增加。这些结果表明考虑观测误差相关可以使得分析值更加靠近观测,使观测相对的影响增加。将同化分析结果与GPS掩星资料(GPSRO)对比发现,采用通道间相关的观测误差协方差矩阵可以有效改进同化分析场质量。为了在三维变分同化时考虑FY-3微波资料的观测误差相关,本文设计了在WRFDA中考虑观测误差相关的同化方案。该方案利用Desroziers方法诊断结果构建新的观测误差协方差矩阵,使用Cholesky分解实现观测误差协方差矩阵的求逆,并对误差标准差进行了进一步的放大调整。短期预报误差的评估表明,在同化中使用相关观测误差协方差矩阵可以改进不同变量在不同高度、区域和预报时效的预报。对观测误差标准差进行放大调整时,可以进一步改进预报。对台风个例的研究表明,在同化中考虑观测误差相关可以显著改进台风的路径预报,对台风强度预报也有一定的改进。