确定性数值预报由于初始条件及预报模式的误差会引起较大的不确定性,而集合预报方法是解决确定性数值预报不确定性的一种有效方法,其关键问题是合理描述数值预报初值误差源和分布特征,正确给出初值误差随时间的演变,故合理的初值扰动结构及扰动增长特征对集合预报而言是至关重要的。目前,我国已建立了基于ETKF初值扰动方法的GRAPES-REPS区域集合预报系统,但对ETKF初值扰动结构及扰动增长特征的分析诊断较少,且尚未针对ETKF方法存在的不足进行改进,形成更为合理的初值扰动结构及扰动增长特征。为深入评估ETKF方法,提高GRAPES-REPS区域集合预报系统对预报不确定性的描述能力,本文首先通过分析ETKF初值扰动分量、初值扰动方差准确率、动能谱、扰动能量演变、日变化及集合离散度、均方根误差等特征,揭示了GRAPES-REPS区域集合预报系统ETKF初值扰动结构及扰动增长特征;并针对ETKF方法存在的不足,构建了“双分量ETKF初值扰动方法”,以期提高低层集合预报效果;其次,本文探索了模式偏差对集合预报检验评估的影响,为构建合理的集合预报评估方法及扰动方法提供依据;最后,针对GRAPES-REPS模式存在系统性偏差问题,提出集合预报三维偏差修正方法,试图减少模式的系统性偏差并提高集合预报效果。得到了以下主要结论:(1)ETKF初值扰动方法生成的扰动场以大尺度扰动为主,扰动结构及能量具有随流型依赖特征,且集合扰动可以有效捕捉预报误差的结构;扰动总能量和集合离散度随预报时效的延长均呈发展趋势,但低层要素的离散度与均方根误差增长率小于中高层相应要素;水平分辨率提高可以增加中高层大尺度扰动波谱能量,并能改进等压面及近地面风场及温度场的集合预报效果。(2)双分量ETKF初值扰动方法可以增加低层的绝对分析扰动量级、初始时刻扰动总能量及集合离散度,且扰动总能量和集合离散度基本能够代表预报误差的增长。(3)只有消除预报的系统性误差才能正确评估集合预报系统真实质量,当集合预报系统有很小甚至没有偏差时,未消除系统性误差的集合预报检验指标方可正确地揭示集合预报真实质量。(4)集合预报三维偏差修正方法可以显著减少模式的预报偏差并提高集合预报效果,其对集合离散度空间结构影响较小,但离散度—技巧的关系显著提高,偏差订正后的概率预报更加可靠。