为了较为全面的评估相控阵天气雷达在外场试验中的性能及其观测资料的可靠性,为数据的质量控制、设备的改进和强对流天气过程的研究提供可信的依据,本文在使用相控阵天气雷达方程对回波强度进行订正的基础上,主要研究了相控阵与常规天气雷达观测资料的处理、定量对比的方法及其对流过程的分析。论文主要研究内容和结论如下：(1)根据相控阵天气雷达的天线结构特性,以经典天气雷达方程为参考,分别建立了用于车载S波段一维相控阵、机载X波段二维相控阵和车载X波段一维相控阵定量测量的相控阵天气雷达方程,并用于回波强度的订正中。通过验证,提出的相控阵天气雷达方程可有效修正因阵列天线波束宽度、收发增益改变引入的回波强度测量偏差；(2)根据相控阵天气雷达外场试验的需求,提出了针对相同和不同地理位置下、不同分辨率的雷达反射率因子匹配方法、观测资料的定量对比方法和模拟相控阵宽波束采样的平滑方法,可以较好的通过回波结构、最小可测反射率因子、水平和垂直廓线图、散点图、概率分布图等方式分析相控阵天气雷达资料,经验证垂直方向基于采样体积的平均方法能够得到最佳相关性的匹配结果；(3)使用不同位置雷达资料的匹配方法,将车载S波段一维相控阵天气雷达2010年的外场试验资料与54km外的新一代天气雷达观测资料做了结构及数值的对比,分析发现该雷达在能观测到合理的回波数据,但受到过宽波束影响其反射率因子在100km外出现了结构的平滑、径向速度也受到地物的干扰,同时相控阵的灵敏度低于新一代天气雷达,难以探测到远处的弱回波；(4)使用机载X波段二维相控阵天气雷达2012年的外场试验资料,分别与相同位置的X波段常规天气雷达及51 km外的新一代天气雷达对比,检验了机载X波段二维相控阵天气雷达不同工作模式的观测资料,发现脉冲压缩技术的引入在提升该相控阵灵敏度的同时也造成了回波强度的测量偏差,同时其较宽的波束是影响探测能力的主要原因,对比结果为该雷达的飞行试验和下一步的改进提供了参考。(5)将车载X波段相控阵天气雷达2013年的观测资料与相同位置的C波段双线偏振天气雷达做了定量对比,验证了该雷达三种不同波束宽度扫描模式的可靠性。受阵列天线参数差异的影响,各模式的回波强度存在一定的测量偏差,使用基于稳定过程的统计修正方法可以将测量偏差订正至士1dB内。通过强对流过程的回波结构对比,突出了该相控阵天气雷达时空分辨率的优势。(6)对车载X波段一维相控阵天气雷达2013年所用扫描模式进行了评估,发现该雷达现行40层的波束分布过于密集,过长的扫描周期造成了观测资料难以用于快速变化天气系统的分析。通过仰角层数和波位分布的优化,在获得所需空间分辨率的前提下缩短了扫描时间,使雷达获得了时空分辨率更为灵活的扫描模式,为其下一步的试验奠定了基础。