对于我国及其他水资源短缺、遭受极端降水事件频繁的国家和地区来讲,准确的季度降水预测在洪涝与干旱等自然灾害的防灾减灾、水资源规划与管理、工农业生产、生态环境及旅游等社会经济的各个部门都具有重要的价值和广阔的应用前景。但由于气候系统具有高度的混沌性和复杂性,准确预测我国及其他中高纬度国家和地区的季度降水仍然是一个复杂的世界难题。针对这些问题,本文以我国全境为目标,重点研究适用于我国的可行季度降水预测模型和方案,并将季度降水预测信息应用于流域径流预测及水库调度中,为提高我国抵御自然灾害的能力、提高水资源管理和利用效率,保障经济社会的可持续发展提供技术参考。主要研究内容和成果如下：(1)分析了我国季度降水的时空分布特征、多年变化趋势及影响因子。结果表明我国季度降水的区域分布极不均匀,年内及年际变化剧烈。使用改进的Mann-Kenall秩次相关检验法对覆盖我国的184个格点的1950-2011年季度降水量的变化趋势检验结果表明我国区域季度降水量多年变化趋势总体并不显著；184个格点中平均每个季度只有3.44%的格点呈显著下降趋势；4.25%呈显著增加趋势。我国季度降水年际变化的气候因子较多,选取8个重要因子,分析表明这8个因子与我国季度降水的年际变化之间的关系密切。(2)建立了我国季度降水的贝叶斯概率预测模型。针对覆盖我国的184个格点的每一个格点及12个相互叠加的季度,分别建立24个相互独立的贝叶斯联合概率预测模型。预测因子为8个大尺度气候因子,每个因子滞后1-3个月。然后使用混合模型贝叶斯模型平均方法对单一模型进行集成来产生预测时效为0到2个月的概率预测。留一交叉验证结果表明该预测框架对我国春季及夏末到冬初季节的预测具有较高的精度,且预测的概率分布具有相当高的可靠性,可以很好的描述预测的不确定性。此外,随着预测时效的增长,预测精度并未出现明显下降。(3)检验了两个最近一代的季度动力数值模式ECMWF SYS4和澳大利亚BoMPOAMA2.4及另外5个欧洲的动力数值模式对我国季度降水预测的技巧。结果表明动力数值模式普遍存在系统缺陷问题,表现为模式预测存在系统偏差以及集合成员离散度过低。此外,模式预测精度普遍较低。新一代的模式,尤其是SYS4预测的精度、可靠性、锐度及辨识度等概率预测评价指标高于其他模式。使用均权重方法对单一集合模式预测进行集成,结果表明集成后的多模式集合预测技巧相比单一模式有所提高。(4)针对动力数值模式的系统缺陷及预测技巧较低问题,提出使用数值模式多种输出的统计订正一桥接混合模型预测思路和方法。针对系统缺陷问题,使用改进贝叶斯联合概率模型对其订正；针对模式降水预测技巧偏低问题,使用模式的海洋表面温度预测计算得到六个同步大尺度气候因子建立统计桥接模型,然后对统计订正和桥接模型进行集成以综合不同模型的技巧来提高预测的整体水平。结果表明贝叶斯联合概率订正模型可以有效消动力模式的系统缺陷问题,同时大幅提高了预测技巧。通过引入桥接模型,预测的技巧得到近一步的提高。(5)建立了我国季度降水预测的统计一动力多模式预测框架。该框架可以同时使用多个前期大尺度气候因子和多个动力数值模式输出来实现对前期观测信息与动力数值模式输出的耦合。交叉验证结果表明相比统计模型或动力数值模拟都具有更高的预测技巧。(6)建立了耦合水文模型输出、动力多模式降水预测以及前期流域观测和大尺度气候因子等多源信息的季度径流预测模型。该模型使用流域前期径流、降水及WAPABA水文输出作为代表流域初始蓄水量条件的预测因子；使用八个前期大尺度气候因子及多个动力模式的降水输出作为代表预测期内流域气候条件的预测因子。结果表明该模型对我国丰满水库和桓仁水库的夏季径流预测具有较高精度及可靠性。将季度径流概率预测信息应用到桓仁水库夏季长期优化调度中,结果表明使用季度径流预测信息可以明显提高水库的发电效益。