1998年5月美国专门针对中尺度天气开展了科学研究计划-风暴尺度和中尺度集合预报试验，肯定了其发展前景。2007-2009美国几家科研院所又针对风暴尺度系统开展了集合预报春季试验。但目前风暴尺度集合预报仍在探索之中，还不能投入业务运行，主要是在构造中尺度集合预报方面还有一些问题亟待解决，其中，如何针对对流不稳定产生有效的扰动场是一个关键问题。而作为发展有针对性的扰动方法的前提条件之一，理解扰动误差增长和传播的特征及其热动力机制是必要的。针对上述基本问题，本文进行了一系列集合试验，主要研究工作及主要研究结论如下： (1)分析了初始扰动误差增长和传播的热动力机制，试验结果显示：湿对流系统对大气中快速增长误差增长和传播起主要作用，层结不稳定性和湿度对湿对流系统的发展具有决定性作用。对流系统具有高度的非线性作用和强可预报性时间限制，极小的初始扰动在短时间内仍可破坏预报技巧，表明了确定性预报的局限性。环境场不稳定度和风切变强度显著地影响风暴发展强度和移动路径，进而影响误差的增长速度及其分布结构。误差的传播主要通过声波和重力波的形式传播，声波对天气的影响较弱，而重力波可能激发新的不稳定中心。 (2)采用简单的Monte-Carlo法构造集合预报系统。各评分表明，总体而言集合预报要优于控制预报，但纯统计意义的Monte-Carlo法动力意义不足，导致集合成员发散速度偏慢，离散度偏低，因此对于风暴尺度系统而言，随机扰动法并非为理想的初值扰动方法。 (3)采用繁殖法比Monte Carlo法具有更明显的优势，其增强了动力过程约束，保证了集合离散度增长速度。对于不同发展阶段和强度的风暴而言，该集合技术均能够改善控制预报的技巧，改善效果优于随机扰动法，说明繁殖法在风暴尺度集合预报中具有一定的应用价值。 (4)基于实际计算资源有限性的考虑，采用简单的Monte Carlo法研究了集合成员数对预报技巧的影响等相关问题。结果表明，成员数达到13时，预报技巧趋于饱和，不同扰动变量饱和成员数略有差异。由于采用了最简单的扰动方法，因此此饱和成员数仅可能是一个上限。