青藏高原被誉为“亚洲水塔”，孕育了亚洲十余条大江大河，为全球近40%的人口提供着珍贵的水源。然而，在全球变暖背景下，这片平均海拔超过4000米的“世界屋脊”正以超全球平均水平的速度升温。准确模拟青藏高原的云和降水，不仅对区域水资源管理意义重大，也是保障生态安全的关键。然而，这一目标的实现面临诸多挑战：一方面，高原地区云观测资料匮乏，制约了模式评估的深入开展；另一方面，数值模式中的“云”是基于大气温湿状态和水凝物计算得出的物理量，而卫星遥感观测的“云”则来自电磁信号的反演，两者在物理本质上存在显著差异，这也给模式评估带来了困难。

为解决云观测资料稀缺和云定义不一致的问题，清华大学地球系统科学系林岩銮教授研究团队开发了针对四种不同云微物理方案的COSP（Cloud Feedback Model Intercomparison Project Observational Simulator Package）卫星模拟器，结合CALIPSO卫星激光雷达和CloudSat卫星云雷达的观测资料，对青藏高原WRF对流解析模式（水平分辨率3.7公里）在夏季的云和降水模拟能力开展了系统评估。

评估结果显示，尽管四种微物理方案均能再现云垂直分布的双峰结构，但普遍存在高层云偏多、中低层云偏少的系统性偏差。其中，Morrison双参方案的偏差最为显著，高层云的正偏差超过110%，低层云的负偏差高达57%。分析表明，高层云的过度模拟主要源于该方案在对流层顶附近预报的云冰粒子数浓度过高，导致冰晶半径偏小、下落速度偏低，使得云冰在对流层顶附近大量堆积。云模拟的偏差直接影响了辐射通量的准确性。研究利用高原11个地面观测站的资料发现，所有方案均高估了到达地表的向下短波辐射。Thompson方案的正偏差甚至接近120 W/m⟡。这一偏差的原因在于：中低层云的不足使过多太阳辐射穿透大气到达地表，而高层云的过度存在又无法有效补偿这一效应，最终造成地表太阳辐射偏高。研究团队的另一项研究指出，采用高斯PDF云宏物理方案能改进低云，特别是浅对流云的模拟，从而有效改善地表太阳辐射偏高的问题。

图1 基于CALIPSO卫星观测数据以及不同微物理方案的模拟结果，青藏高原上全轨迹的平均云量（CF）分布：(a) 总云量，(b) 液态水云量，(c) 冰云量，(d) 未知相态云量（单位：%）。

在降水模拟方面，利用青藏高原密集的雨量计观测资料，研究团队评估了各方案对日降水量和小时降水强度分布的模拟能力。结果显示，所有方案均高估了青藏高原的日平均降水量。所有方案都产生了过多的小雨，而除了Morrison方案外，其他方案均低估了强降水的发生频率。“小雨偏多、大雨不足”的特征可能与云微物理过程（特别是液-冰相态转换、过冷水滴行为等）的不合理表征相关。降水偏差与云偏差之间存在内在联系：中低层云的低估导致地表接收过多短波辐射，进而增强地表感热通量和深对流活动，最终表现为对流性降水的过度预报。

相关研究以“青藏高原对流解析模式的云与降水模拟评估”（Evaluation of clouds and precipitation in the WRF convection-permitting model over the Tibetan Plateau）为题发表于《地球物理研究杂志:大气》（Journal of Geophysical Research: Atmospheres）。论文第一作者为清华大学地球系统科学系博士毕业生赵定池（目前就职于国防科技大学），清华大学地球系统科学系董文浩助理教授为论文通讯作者，文章合作者包括林岩銮教授、国防科技大学张邦林教授和李毅副教授和兰州大学简碧达助理研究员。论文得到国家自然科学基金（42430601、42405159）和国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”（EarthLab）的支持。

相关论文信息：

Zhao, D., K. Miuqian, W. Dong, Y. Lin, B. Jian, Y. Li, and B. Zhang, 2026: Evaluation of Clouds and Precipitation in the WRF Convection-Permitting Model Over the Tibetan Plateau. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 131, e2025JD046099, https://doi.org/10.1029/2025JD046099.

Zhao, D., and Coauthors, 2023: Alleviated WRF Summer Wet Bias Over the Tibetan Plateau Using a New Cloud Macrophysics Scheme. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 15, e2023MS003616, https://doi.org/10.1029/2023MS003616.

全文链接：https://doi.org/10.1029/2025JD046099

供稿：赵定池

编辑：王佳音

审核：林岩銮 俞乐