多普勒天气雷达是监测强对流天气中尺度风场的重要手段，但目前绝大多数地区，一般只有单多普勒天气雷达的观测数据，因此从单多普勒雷达观测资料出发进行反演技术的研究工作就具有十分重要的意义。而由于多普勒天气雷达所探测到的风场信息存在噪声、缺测和速度模糊等问题对多普勒雷达资料的使用带来很大不便，本文首先通过一种改进的多普勒雷达资料质量控制技术(K-邻域频数法)对多普勒雷达资料进行优化，消除了多普勒雷达资料中的噪声、奇点和缺测，并对径向速度数据中存在的速度模糊现象进行了恢复，得到较好的效果。然后在此基础上，利用变分法思想采用准四维变分方法对多普勒雷达三维风场进行反演，首先将直角坐标系网格点速度内差到雷达测点，然后应用差值得到的背景场及最优化方法和共轭方程理论极小化约束泛函J，利用速度迭代不断更新速度场直到停止反演得到最终的三维风场。依据此方法本文反演和分析了2007年7月7日发生在南京的一次中尺度暴雨过程。通过分析反演出的三维风场结构及相应计算出的物理诊断量，初步揭示了此次暴雨过程的中小尺度天气系统结构和降水的特征，并通过与WRF模式数值模拟结果的对比分析对其进行了检验，得到相当一致的结果，说明应用此方法反演多普勒雷达三维风场的结果是可信的，具有较好的实用价值。