高光谱大气红外探测数据不仅有助于研究大气结构的演变特征，而且能够为数值天气预报提供高垂直分辨率的精细化大气温度和湿度廓线同化数据。目前在轨运行的卫星高光谱红外探测器大多基于极轨卫星，每天全球覆盖两次，无法在小空间尺度上对大气温湿度廓线进行实时的连续监测。我国于2016年12月11日发射的风云四号A星携带国际上第一颗静止轨道高光谱大气垂直探测仪（Geostationary Interferometric Infrared Sounder，GIIRS），为灾害性天气监测和精细预报提供了全新技术手段，开启了全球静止轨道高光谱大气探测的新时代。作为首次实现静止轨道高光谱探测的仪器，相关经验匮乏，在其应用和研究过程中会出现许多困难和问题。如何率先在我国发挥该资料的应用效益，实现静止卫星高光谱探测资料的定量化应用，对推动我国气象事业的发展，提高数值天气预报水平具有重要意义。因此，本文基于GIIRS观测资料评估了静止气象卫星高光谱红外大气探测资料特征，发展了一系列针对静止轨道观测特点的质量控制方案，并对台风、寒潮等高影响天气过程展开定量同化试验，最终在我国自主研发的同化预报系统GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)中实现了业务同化应用。研究结果如下:
　　(1)针对首次实现静止卫星高光谱红外探测仪器GIIRS进行系统的资料评估，弥补了目前对静止卫星高光谱探测资料相关研究经验和认识的不足。通过对该资料进行评估后发现，其观测模拟偏差具有显著的阵列依赖性、纬度依赖性和时间日变化特性。具体表现为，多数通道在阵列中心偏差较小，阵列两端偏差较大;与之对应，观测噪声的阵列分布同样在中心小，两端大;并且在观测阵列的第一、三列最后一个探元处，亮温观测模拟偏差和观测噪声都有一个突增的跳跃。GIIRS资料还表现出与观测模式对应的纬度依赖特征，存在与扫描行数相同的明显纬度带分区，且高层通道的偏差比低层通道偏差小。此外，对流层中上层（尤其是上层）通道的观测模拟偏差存在显著日变化特征，通过相关系数的分析初步认为这与卫星天顶角和太阳高度角有关。通过评估不同定标版本的数据发现，最新改进的数据在观测噪声、光谱相关系数和阵列均一性等方面均有很大程度的改进。降低长波观测噪声约34％，降低中波观测噪声约17％;提高光谱相关系数94％;对中层通道的阵列均一性改进最大，约43％。这些评估结果能够为后续定标算法改进和同系列仪器研发提供参考和依据。
　　(2)由于静止轨道卫星对地距离远，观测积分时间长，不同于以往极轨卫星高光谱探测仪器的3×3（或2×2）小面阵探元，GIIRS采用32×4的大面阵对地球进行探测。本研究针对这一大面阵多探元的偏差特征建立了适用于静止卫星高光谱红外探测资料的偏差订正方案，使订正后的亮温偏差更符合无偏的高斯分布，满足变分同化理论要求。该偏差订正方案将各通道观测模拟偏差从±2K订正到±0.02K，具有不错的订正效果。此外，本研究针对静止卫星观测模式发展的通道选择方案能够较好地选出适用于中国区域探测的通道子集，与单一的信息熵迭代方法和权重函数方法相比，可以更好地发挥静止卫星高光谱探测在我国以及周边东亚地区的优势。同时，针对GIIRS发展的一系列云检测、异常值剔除和数据稀疏化等均取得了不错的效果，为后续在数值预报模式中的同化应用奠定了基础。
　　(3)针对15分钟高时间分辨率的静止轨道高光谱大气红外探测仪资料，对台风“玛丽亚”开展了四组不同时间分辨率的GIIRS同化试验。试验结果表明:与控制试验相比，同化GIIRS资料后能够显著改进“玛丽亚”台风路径预报，同时对中心气压预报和降水预报也有一定程度的改进，并且不同时间分辨率设置的同化效果不同，表现为越高频次的同化试验预报效果越好，充分说明了静止轨道卫星红外高光谱高时间分辨率探测的巨大潜力。
　　(4)针对静止轨道高光谱大气红外探测仪资料GIIRS对数值预报模式的影响，本文开展了2017年夏季三个月、2018年冬季一个月和2020年首个寒潮天气过程期间的循环同化和预报试验。试验结果表明:GIIRS长波通道辐射率的直接同化能够改进东亚区域的模式分析场和预报场，对高度场、温度场、风场和降水预报均有不同程度的改进，探空资料的独立观测检验也说明，GIIRS同化后能够显著改进东亚地区模式低层（大气边界层内）的风场，在V风场900hPa处误差可降低2.5％。本研究率先在我国自主研发的数值模式中实现了GIIRS业务同化应用，对GRAPES数值预报模式有正贡献，发挥了静止气象卫星高光谱大气红外探测资料的应用效益，能够为防灾减灾提供科学指导依据。