随着现代社会的快速发展和人类活动的影响,大气气溶胶区域性污染事件呈现逐年上升的趋势,以PM_2.5和PM₁₀为首要污染物的一系列极端污染事件频频发生,造成大范围、长时间的雾霾天气,对人体健康、农业生产等多个方面造成不利影响。本文基于WRF-Chem大气化学模式和气象资料,建立了面向不同类型观测资料的三维变分同化系统,并利用模式预报结果对同化系统中的背景误差协方差进行统计分析;对2015年冬季的一次气溶胶污染过程进行了同化和模拟试验,检验资料同化对于模式初始场的改进效果和对预报的影响。基于WRF-Chem模式下2015年12月一个月的48和24小时的预报差值场资料,利用NMC方法对背景误差协方差进行统计,结果表明:背景误差标准差有明显的空间分布特征,区域的气溶胶排放率大,则该区域的背景误差标准差越大;利用高斯函数模型对水平自相关系数进行拟合,随着水平距离的增加,各成分的自相关系数逐渐衰减,其中OIN成分衰减得最快,NO₃成分衰减得最慢;垂直方向上,各成分的自相关随地面高度的增加而迅速衰减,其中OIN成分衰减最快,这可能是由于其成分以沙尘或扬尘为主,垂直向上的扩散层次较低;比较气溶胶的背景误差标准差垂直廓线,发现OIN和NO₃两种成分的误差标准差最大,而EC和SO₄的误差标准差较小。对比不同的模拟区域,随着大气化学模式中网格分辨率越高,背景误差标准越大,水平相关尺度减小,垂直方向上的相关性减弱。对2015年12月15日的一次大气气溶胶污染过程,利用地面气溶胶浓度和卫星AOD产品两种观测资料,设计了多个同化试验,分别为DA-AOD（只同化卫星观测）、DA-SUR（只同化地面观测）和DA-BOTH（同时同化地面和卫星观测资料）,对本次气溶胶污染过程进行同化试验和模拟预报。结果发现,相对于无同化的控制实验,所有的同化实验均对初始场有不同程度的改进,同化后区域污染分布和强度均发生改变。通过与实况对比,发现即使只同化卫星观测资料的DA-AOD试验也能有效地修正模式背景场模拟浓度值偏低的问题,特别是对于山东半岛东北部和江苏北部的PM_2.5大值区有较为明显的改进;同时同化地面和卫星资料的DA-BOTH方案效果最好,通过与初始场比较,PM_2.5的RMSE降低了40.4μg/m³,CORR提高了43.7%;PM₁₀的RMSE降低了68.5μg/m³,CORR提高了56.4%。基于同化后初始场的24小时预报试验表明,三个同化试验对预报的改进效果均能持续到15小时以上,DA-BOTH试验的改进效果最好,前12小时内PM_2.5的RMSE平均降低16.7μg/m³,CORR平均提高32.4%;PM₁₀的RMSE平均降低23.3μg/m³,CORR平均提高28.9%。DA-AOD试验与DA-SUR试验在6小时以后的改进效果基本相当,在6至12小时内DA-AOD试验PM_2.5的RMSE平均降低4.8μg/m³,CORR平均提高22.1%,DA-SUR试验的RMSE平均降低5.7μg/m³,CORR平均提高25.8%。