海洋再分析产品为研究海洋热动力过程及其时空变率提供一套长期连续的数据。本文基于区域海洋环流模式及多尺度三维变分同化技术，构建了一个南海多尺度三维变分同化系统，并将多年卫星及现场观测同化进该系统中，产生一套南海区域高时空分辨率的再分析产品;然后利用该再分析产品，对南海中尺度涡旋的三维结构特征及能量收支过程等进行多年统计分析和研究。　　由于多尺度三维变分同化技术可以将采样密度各异的不同类型观测资料有效的同化进模式中，因此本文首先建立了基于海洋环流模式ROMS的南海多尺度三维变分同化系统，并且构造适合南海区域温盐流场的背景误差协方差矩阵。为检验和评估该同化系统的性能，在同化真实观测资料之前，论文进行了观测系统模拟试验(OSSE)，并探讨了同化五种不同类型的观测资料对海洋状态场的影响。结果表明，该同化系统能有效同时同化各种不同类型的观测资料，使得温盐流及海表高度的模拟精度有显著提高;同化卫星海表高度不仅能改善海表高度场的模拟，同时通过动力平衡关系调整整个水柱的温盐结构，并改善水平流场;温盐剖面资料对于海洋内部（尤其是深层）温盐场的调整是不可或缺的;近岸海表流资料的作用与海表高度的作用相似，但局限于近岸区域，对深水区域的影响较小;同化海表温度（海表盐度）只对温度场（盐度场）有改善作用，而且这种改善只出现在海洋近表层。　　在观测系统模拟试验的基础上，本文将南海及周边海域多年的卫星观测海表高度、海表温度及历史温盐剖面资料同化进南海区域海洋环流模式中，产生一套南海区域20年高时空分辨率的再分析产品REDOS。与独立观测样本的验证结果表明，REDOS温盐剖面均方根误差均值分别为0.6℃及0.06 psu，优于HYCOM再分析产品，尤其是盐度均方根误差。海表温度的偏差与HYCOM资料相当，且明显小于低分辨率的再分析产品CORA及SODA。气候态垂向平均的温度均方根误差在南海及西北太平洋大部分海区分别小于0.8℃及0.2 psu。从高度场的对比结果看，REDOS与卫星观测的相关系数在大部分海域达到0.8以上，两者海表高度的变率及平均涡动能的分布十分相似。REDOS海表高度与水文站水位观测的相关系数较高，较好地再现了水位变化中的年变化及半年变化周期，部分站点的水位高频变化也模拟得很好。通过与漂流浮标轨迹的对比表明，REDOS能较好再现南海的一些中尺度涡过程及黑潮入侵南海的形态，表层流速的均方根误差约为20 cm s-1。REDOS很好地反映了吕宋海峡体积输运的年变化及年代际变化，而且对于南海跃层也有较好的模拟。　　利用REDOS对南海区域中尺度涡多年平均的三维结构的统计分析表明，合成涡旋的盐度异常垂向结构为三层结构，反气旋涡形成“负-正-负”的结构，而气旋涡则相反。温度异常只有一个中心，合成反气旋涡（合成气旋涡）温度异常的最大值为0.82℃（-1.04℃），出现在涡旋中心60 m(75 m)处。合成涡旋径向流速的垂向分布也表现出三层结构。合成反气旋涡（合成气旋涡）各层最大切向流速出现在0.7R(0.6R)处（R为涡旋半径）。从能量的角度来看，垂向积分的涡旋动能(EKE)及涡旋势能(EPE)主要分布在吕宋口以西到越南以东一带。垂向积分EKE具有季节变化，且两个高值中心的季节变化不同。越南以东海域EKE在夏、季秋强，冬、春季弱;而吕宋口以西海域则为冬季强。在年代际尺度上，南海体积积分EKE(EPE)与PDO指数之间有很好的正（负）相关关系。　　此外，利用REDOS对南海中部一个反气旋涡演变过程的研究结果表明:涡旋平均移动速度为6.9 cm s-1，与此区域卫星资料的统计结果相当;涡旋的影响深度为400 m，最大温度（盐度）异常为2℃(-0.05psu)，出现在200m(100 m)层。能量分析表明，EKE主要集中于海洋上250m，EPE则集中在上100m层;生命周期平均的动能转换是涡旋动能向平均动能转换;海洋上层100 m内，势能的转换主要是平均势能转化为涡旋势能，涡旋的能量主要由斜压不稳定提供。涡旋生成及发展阶段前期的能量主要来自于斜压不稳定;发展阶段后期正压不稳定占主导，此时对应着有大量的风能转化为涡旋动能;涡旋维持及消亡阶段势能转换项及动能转换项都较小。