无线电信号穿过地球大气时，受到中性大气层的影响，发生信号传播速度的改变和信号传播路径的弯曲，称为对流层延迟效应。作为空间大地测量技术的主要误差源，对流层延迟改正不当将引起以测站垂直坐标分量误差为主的参数解算误差，从而影响空间大地测量技术在诸如导航定位、海平面变化研究、地壳形变分析以及空间水汽监测等方面应用的精度。由于中性大气的非色散性质，对流层延迟效应的消除主要依赖于对流层延迟模型。近几十年来，各种空间测量新技术不断产生和发展，无论是观测方法，还是观测精度，都有了突破性的进展，各应用领域对对流层延迟的改正精度也提出了更高的要求。由于各种原因，目前对流层延迟模型计算天顶延迟的精度还只能达到厘米级，这造成当前空间测量新技术的应用精度在一定程度上受到对流层延迟模型不精确的限制。　　本文在对中性大气对无线电信号延迟影响的基本理论进行深入调研的基础上，利用IGS(International GNSS Service)提供的GPS实测天顶延迟序列和ERA-Interim再分析资料计算的四维天顶延迟序列对全球天顶延迟的时空分布特性进行了较为全面的分析，对前期已建立的适合地面用户的全球对流层天顶延迟模型进行了改进，发展了适合任意高度用户的新的全球对流层延迟模型，并对建立实时的高精度区域格网模型开展了初步实验。　　本论文的主要贡献和创新点如下:　　对建立经验模型所依赖的数据——欧洲中尺度天气预报中心最新的再分析产品ERA-Interim的精度进行了比较全面的分析和评估。利用中国地区2006和2007年两年24个测站上实测的气象资料分析和评估了ERA-Interim在中国区域内提取测点气象参数的精度。结果表明:从ERA-Interim高空气象资料提取的气压的平均bias（偏差）为0.08 hPa，RMSE(Root Mean Square Error,均方根偏差)为0.85 hPa，从ERA-Interim地面气象资料提取的温度平均bias为0.05 K，RMSE为2.45 K，相对湿度平均bias为2.82％，RMSE为14.75％。利用IGS全球分布的117个测站2009年到2011年三年事后实测天顶延迟序列，对ERA-Interim计算的天顶延迟在全球所能达到的精度及其分布特点进行了比对说明，结果表明ERA-Interim计算的天顶延迟在117个测站上的平均年均bias为0.72 cm，RMSE为1.70 cm。　　利用IGS发布的全球分布的287个测站十一年事后实测的天顶延迟序列和由ERA-Interim资料计算的四维天顶延迟序列分别研究和分析了对流层天顶延迟在全球的时空变化特征。空间域上天顶延迟随着高度和纬度的增高而减小，随着经度也有一定的变化;时间域上天顶延迟不仅具有强而平稳的周年变化特性，在部分地区也呈现出明显的半年变化。　　利用ERA-Interim再分析资料的四维天顶延迟信息提取其时空变化的特征参数，新建了上海天文台全球对流层天顶延迟模型的改进模型SHAO-Gm。SHAO-Gm模型具有1.5°×1.5°的水平分辨率，加入了半年变化这一周期项的影响，并且在周年变化项和半年变化项中改为采用格网化的相位值。SHAO-Gm模型计算的天顶延迟与实测值相比，2009到2011三年117个测站平均年均bias为0.44cm，RMSE为3.89 cm，比SHAO-G模型年均bias减小了1.11 cm、RMSE减小了0.7 cm。　　利用ERA-Interim再分析资料计算的四维天顶延迟信息拟合模型参数，确立了与高程有关的分段天顶延迟垂直剖面函数表达式，并以此为基础建立了适宜任意高度用户使用的全球对流层天顶延迟模型SHAO-H1及其简化形式SHAO-H2。模型分别选定平均海平面、5km和17km作为三个起算高程，在17km以下用两个三次多项式表示，在17km以上用指数函数表示。与2011年一年的积分天顶延迟相比，不同高度上150个格网点上SHAO-H1模型和SHAO-H2模型计算的天顶延迟的年均bias在0.1 cm左右，RMSE绝大部分不超过4 cm，随着高度的上升，RMSE由约4 cm下降到不足1 cm，较SHAO-Gm模型和UNB3m模型的精度均有所提高。与117个测站上2009到2011三年IGS天顶延迟相比，SHAO-H1计算的天顶延迟的平均年均bias为0.71 cm，RMSE为3.82 cm，SHAO-H2计算的天顶延迟的平均年均bias为0.71 cm，RMSE为3.99 cm。　　为了满足更高精度定位用户的需求，本文还利用长三角地区的数据，设计并初步实验了利用实测的GPS观测资料和气象观测资料建立高精度区域实时对流层天顶延迟格网模型的方法，并对建立的格网模型的精度进行了初步评估。实验显示2014年8天的实测资料建立的时间分辨率3小时、水平空间分辨率0.5°×0.5°的格网模型计算的四个测站的天顶延迟平均RMSE为1.44 cm。