云中相变潜热的释放和吸收，对于中小尺度云和降水系统的生消演变有着重要作用，但其无法通过直接观测得到。由于地基天气雷达能够提供对流层内高时空分辨率的气象观测信息，其逐渐成为精细化模式资料同化研究领域的主流。目前，基于雷达观测的云中相变潜热反演和资料同化在对流降水系统预报方面起到了积极作用，部分研究成果已在多国开展业务化应用。由此可见，在数值模式中进一步考虑云中相变潜热的作用，可以提高对流云定量降水预报(Quantitative Precipitation Forecasts，QPFs)质量。然而，上述研究对云微物理量的反演仍以经验判断或暖雨参数化方案为主，缺乏对冰相微物理过程的考虑，且在层状降水云方面的研究较少，而对北京地区的降水云分类统计结果表明:层状云降水的发生比例远超飑线等强天气系统。因此，本论文的研究目的是:基于雷达反射率因子观测，设计降水性层状云中相变潜热反演算法，并采用合适的资料同化方法将反演结果用于改善高分辨率数值模式的QPFs质量，并分析其主要成因。　　云中相变潜热反演和同化应用的关键是:如何较合理地估算资料同化时刻相变潜热“观测”量与模式预报量之差产生的温度增量廓线TIPs(TemperatureIncrement Profiles)。鉴于此，本论文研究方法如下:综合应用具有详细冷暖云微物理过程的一维层状冷云模式(IAP_1DS)和单部S-band天气雷达(Z9010)的level-Ⅱ反射率因子观测以及高分辨率WRF模式资料同化时刻物理量场，发展一种新的TIPs反演方法。选取2014年4月25日发生在环北京地区的一次典型层状云降水过程，通过七组有针对性的单时次和快速更新循环(Rapid UpdateCycle，RUC)同化数值试验，详细讨论了基于RTFDDA(Real-TimeFour-Dimensional Data Assimilation)系统的TIPs同化对高分辨率WRF模式(D03:1km×1km×50-σ) QPFs质量的影响，深入分析其在促进云中热动力场与微物理过程之间相互反馈的作用。　　新发展的TIPs反演方法核心为:首先，通过IAP IDS预报的和Z9010观测的反射率因子垂直廓线VPRs(Vertical Profiles of Reflectivity)的比较，筛选出IAP+IDS预报的最优水凝物廓线;其次，通过IAP_IDS和WRF模式预报的水凝物廓线增量计算出TIPs。该方法包括4个步骤，考虑了霰粒子及其微物理过程，同时考虑负温度增量的影响，与ADAS(ARPS Data Assimilation System)同化系统采用的复杂云分析系统有明显区别。　　应用上述方法反演得到的TIPs“观测”占初始雷达反射率因子观测廓线80％以上，基本覆盖了对应时刻主要层状降水云区。平均反射率因子预报廓线与观测廓线的变化趋势基本一致，0℃层亮带特征明显，平均亮带反演极值略高于雷达观测，随着降水云的发展成熟亮带逐渐增厚且增强，云顶抬升。统计表明温度增量大部分在±1.5K之间变化，小于龙卷等强对流系统的平均温度增量，增温区间主要位于暖云层和冰水混合层，其中4-6km的冰水混合层增温最大并向云顶和地面递减。反演结果在一定程度上可以更加真实的反映层状降水云的垂直结构特征。　　针对本次层状云降水过程，五组单时次nudging同化试验表明:将反演的整层TIPs“观测”资料（即IAP_1DS预报的所有垂直层资料）作用于D03区域，在10km水平影响半径和介于0.5-0.75hr之间的半同化时间窗以及1min的权重更新时间参数设置下，可得到最好的QPFs质量。其中，nudging同化所在模式区域、水平影响半径和半同化时间窗参数对提高QPFs质量有较大作用。特别需要指出，即使仅同化雷达波束中心位置的TIPs“观测”也对QPFs质量提升有一定帮助。相比控制试验(CNTL)，采用优化参数设置的单时次nudging同化试验促进了高分辨率WRF模式的云中热动力场和微物理量场之间的正反馈发展，水汽含量与温度和垂直速度配合产生多个小对流增量中心。模式spin-up时间缩短近2小时，降水率预报正效果可持续4小时，其峰值出现时间与变化趋势与雨量站逐时观测更加接近;1mm和5mm阈值累计降水预报技巧明显提高。虽然7-hr累计降水偏差预报的正负效果在D03区域同时存在，但nudging同化使负效果区域的雨量站降水率演变更加接近实况观测。　　较单时次nudging同化试验，RUC nudging同化试验进一步提高了QPFs质量。由于同化了较新时次反演的TIPs“观测”资料，高分辨率WRF模式预报的云中局部热动力场持续增强，各水物质的空间分布得到进一步调整，其中冰相降水粒子的再分布有效改善了降水率和多阈值地面累计降水预报质量。总的来说，7-hr累计降水偏差预报正效果面积扩大且负效果区域缩小，雨量站降水率预报更加接近实况观测，但在TIPs“观测”资料匮乏区域的QPFs误差仍有增加。此外，TIPs“观测”资料的时空代表性和适当的nudging同化时间强度可显著提高QPFs质量，而其更新频次对QPFs的改善较弱。　　TIPs“观测”资料的nudging同化对本次层状云降水发展演变过程的改善作用主要分为“初期”和“成熟”两个阶段。以RUC试验为例，降水初期以nudging同化为主，云温的调整增强了上升运动，中低层大量水汽被输送至高层，促进了PRD、PRDS、PRCI和PRAI四个微物理过程大量消耗水汽以产生更多的雪晶“种子”，其中PRD和PRDS这两个相变过程为该阶段的相变潜热温度正增量提供了重要支撑，同时也增强了该阶段的雷达回波;成熟阶段处于模式预报时段，冰水混合层和暖层的（过冷）云水通过水汽凝结过程(PCC)迅速增长，高层下落的大量雪晶在冰水混合层通过PSACWS和PSACWG过程消耗大量过冷云水，使雪晶和霰粒子含量迅速增加，其下落至暖云区发生PSMLT和PGMLT融化过程，并与PRA过程共同构成了雨水的主要源项，显著增强了地面降水率和雷达回波强度。该阶段的PCC、PSACWS和PSACWG三个相变微物理过程为云中相变潜热温度正增量的维持提供了重要保障。　　综上所述，新发展的TIPs反演算法考虑了详细的冷暖云微物理过程，同时考虑了负温度增量，反演结果可以更加真实的反映层状降水云的垂直结构特征。通过nudging同化TIPs“观测”资料，云中热动力场和微物理过程之间形成了“正反馈”循环。扩展的高度区间和更充足的水汽输送显著改善了云中冰相水凝物生长环境，进一步激发了典型的层状云“播种-供应”降水机制的发展，有助于提高降水性层状云的QPFs质量。部分区域的累计降水偏差预报出现负效果，仅表明同化试验较控制试验的累计降水量预报高于实况，但对层状云降水发展演变过程的预报却起到明显改善作用。RUC优于单时次同化试验的事实表明:nudging更具时空代表性的TIPs“观测”资料，对高分辨率WRF模式的层状云降水发展演变过程的预报具有重要作用。低于-30℃的高层冰晶含量和冰水混合层的高湿度环境在层状云降水演变过程中都具有重要作用，即高层“播种”和冰水混合层的“供应”机制对QPFs质量提高同样重要。　　本论文的研究成果有助于深化对层状云降水发展演变机制的认识，为今后在精细化数值天气预报和人工影响天气等领域的应用提供有价值的参考。