多普勒大气雷达探测大气风场时只能获取雷达径向上的风速,而不能直接获取全部的三维风场,对于如何通过雷达径向风场还原真实的三维风场,一直是业务与科研工作中亟需解决的问题。本文系统研究和论证了单多普勒天气雷达VVP (Volume Velocity Processing)风场反演算法和产生反演误差的因素,改进了垂直速度的求解方程,并基于风场反演的方法提出了一种新的风切变识别算法。主要结论如下：(1)对VVP反演结果误差范数的分析发现,舍弃部分参量来简化算法后尽管会存在风场模型误差,但简化的求解方程可以避免条件数过大而改善反演效果。另外,由于系数矩阵是分析体积位置的函数,舍弃参量对其他待反演参量造成的误差与系数矩阵的条件数,会随着分析体积位置的不同改变,因而在选择舍弃参量时应选择舍弃参量较小和位置系数较小的参量。(2)观测误差与计算误差是反演计算中不可消除的误差因素,通过数学上对求解计算中随机误差的分析,证明了在VVP反演方法中选取分析体积的方式可以减小随机观测误差和计算误差的影响,从而改善反演效果。通过对系数矩阵条件数的分析,证明并确定了矩阵矢量之间存在的线性函数关系。矩阵矢量之间的线性相关性造成了系数矩阵奇异,而在观测误差和计算误差存在的情况下,系数矩阵病态只是计算的结果。(3)针对垂直速度的反演,通过舍弃部分参量的做法避开了因系数矩阵病态造成的求解困难,并论证了改进的算法方程在垂直速度反演中的准确性。反演效果表明,改进后的反演方法可以较准确地反映降水粒子的垂直运动,从而可以揭示更多的三维风场细节,有助于改进强对流天气过程的风场结构分析和降雨落区的预测。(4)对传统的根据径向风差异去识别风切变的方法分析后,发现径向风速在不同方位角之间会存在固有的差异,并且这种固有差异在径向风场的零速线附近会达到最大,从而会造成识别中的误判。针对风切变区风场的不均匀特点,提出在风场反演中选用了均匀风场模型进行计算,并用临近格点之间风矢差来计算风切变的方法。结果表明,通过该方法得到的切变结果,可以为强对流的天气发展起到预警的作用。