基于本征正交（POD）分解的四维集合变分同化方法（POD-4DEnVar）是一种先进的混合同化方法,该方法通过POD分解将集合卡尔曼滤波同化方法和四维变分同化方法有机结合,不仅使背景误差协方差具有流依赖的特点,同时不需要求解预报模式和观测算子的切线性伴随模式,在卫星资料同化中具有巨大的应用潜力。本文基于WRF（Weather Research and Forecasting model）模式,以CRTM（Community Radiative Transfer Model）辐射传输模式作为卫星资料观测算子,针对微波温度计、微波湿度计和微波成像仪等卫星资料,对POD-4DEnVar方法在卫星资料同化中的应用开展了系统研究,建立了卫星资料的三维/四维集合变分同化系统。针对暴雨和台风个例,通过单点试验、观测系统模拟试验和实际卫星资料的同化试验,检验了系统的同化预报效能。主要研究内容和结论有:首先,将POD-3/4DEnVar同化方法成功应用到晴空卫星资料同化中,针对晴空卫星资料,构建了三维/四维集合变分同化系统PEVS-3D/PEVS-4D,试验结果表明:系统能够有效同化时间窗内多个时次的晴空卫星资料,提高模式对台风路径、强度和降水的预报能力。然后,将POD-3/4DEnVar同化方法成功应用到全空卫星资料同化中,通过增加雨混合比、云中液态水混合比、云冰混合比和雪混合比四种水物质变量作为同化控制变量,开启CRTM散射模块,利用历史采样法和物理集合预报相结合的方法,产生包含增加的四种水物质变量的集合样本,构造包含四种水物质变量的流依赖的背景误差协方差,建立了全空卫星资料的三维/四维集合变分同化系统PEVS-3/4D-ALL。试验结果表明,系统能够有效同化台风中心附近云和降水区的卫星资料,改进水物质变量的初始场,进一步提高了模式对台风路径和降水的预报能力。最后,针对POD-3/4DEnVar同化方法的重要参数,如POD分解截断保留特征值百分比、集合样本数及集合样本构造方法、水平局地化尺度开展了敏感性试验,得到了对业务预报有重要应用价值的参数。试验结果表明,POD分解截断保留特征值百分比和水平局地化尺度对同化和预报结果影响较大,在试验中保留特征值百分比为100%,水平局地化尺度为2500km时,同化和预报结果最好。