全球定位系统（GPS）掩星观测是一种独特的主动遥感卫星观测,通过临边探测技术实现对地球大气的全球、高精度、高垂直分辨率、全天候且长期稳定的观测。由于其资料特性,掩星观测已在电离层、气候、气象研究以及业务天气预报中体现独特价值。然而对于掩星观测,对流层低层的探测与资料应用始终是一项挑战。掩星资料最早在业务预报中应用时只使用海拔高度4千米以上的资料,而直至目前大多数再分析资料集只同化大气波导层（发生强折射率负梯度的高度）以上的掩星资料。因此如何合理处理并最大化应用掩星观测资料,尤其是对流层低层的资料,始终是GPS掩星资料研究中备受瞩目的一个课题。本研究首先对欧、美两个掩星资料处理机构提供的资料进行严格的、有针对性的质量控制,并客观、定量地比较两个机构处理的掩星资料的异同,为掩星资料选择提供全面且详细的参考。此质量控制方法将被应用于本研究的各个部分,以避免错误资料对研究结果的影响。对于掩星资料同化所必需的观测误差,本研究采用三角帽方法进行估算,并实现对全球的、多垂直层次的掩星弯角、折射率资料的观测误差估计。随后,利用美国与中国台湾合作的气象、电离层和气候星座观测系统（COSMIC-2）掩星计划的观测资料对热带天气进行初步探索:研究了影响其探测深度的具体因素,并对热带气旋的热力结构进行初步分析。本文主要内容与结论如下:（1）对欧、美两个掩星资料处理中心（ROM/CDAAC）的掩星观测资料进行严格的质量控制,包括:范围检查、数据一致性检验、与欧洲中心分析场的相容性检验,以及针对欧洲掩星资料处理中心所提供资料的特点提出的对弯角垂直采样间隔的双权重检测。经过质量控制,异常掩星资料被有效剔除,欧、美两个中心处理的弯角资料的平均相对偏差由±0.4%减小到±0.2%。同时,定量比较了质量控制后两个机构掩星观测资料的差异,在对流层上层到平流层低层,折射率平均相对偏差约为0.05%,而在对流层低层约为2%。对于掩星资料应用相关的研究,可直接选用美国CDAAC中心提供的资料（提供国际上大部分掩星计划的资料）,掩星资料处理相关的研究（如误差溯源和资料反演）可选用欧洲ROM中心提供的资料（同时提供掩星资料处理包）。（2）采用三角帽方法估算中国地区48个探空站附近及其临近海域上掩星弯角、折射率资料的观测误差,分析陆地、海洋上掩星观测误差的变化规律及差异:48个探空站附近的掩星观测误差具有显著的纬度依赖性,即在低纬度大于高纬度。随后将其应用到全球521个探空站上,首次揭示掩星弯角和折射率观测的全球三维分布特征:弯角和折射率的观测误差在南北半球基本呈对称分布,在700 h Pa以下南北纬15度附近观测误差最大,700 h Pa以上赤道地区的观测误差最大,自下向上基本呈递减分布。估算的掩星观测误差可直接应用于掩星资料同化。（3）使用两个海洋上区域内的COSMIC-2掩星观测资料,探索影响掩星观测最低探测高度的具体原因,发现强的折射率垂直梯度是导致低层掩星信号无法被识别的主要因素,且掩星信号遇到强折射率垂直梯度而被阻断的高度与当地边界层高度接近。当垂直梯度较弱时,若大气折射率存在很强的切向水平梯度,掩星信号也会被阻断;此外,云的吸收和散射效应也会影响掩星射线的向对流层低层探测。排除以上三个因素,仍有少数掩星廓线未能探测到对流层低层,仅占约0.6%。（4）将COSMIC-2掩星观测资料与2020年所有热带气旋最佳路径匹配,利用匹配的掩星资料对不同强度下、距系统中心不同半径范围的垂直结构进行统计分析,发现热带低压的平均边界层高度和云顶高度分别位于2.5千米和16千米,热带风暴和飓风等级的情况边界层高度和云顶高度分别上抬0.5千米和1千米。此外,用掩星反演温度刻画了飓风Laura垂直温度结构的时间演变,与飓风强度变化有很好的对应关系。