本文对2009年6月中下旬连续出现的两次东北冷涡降水进行天气分析及云微物理过程的数值模拟研究。利用NCEP提供的FNL再分析资料、风云ⅡC云顶亮温资料、观测资料,包括探空资料和地面加密观测资料,分析两次冷涡降水过程以及冷涡影响下的局地突发性对流降水过程的环流形势场、动力场、热力场以及水汽输送场,并利用云可分辨模式中的Goddard Cumulus Ensemble Model(GCEM)研究其地面降水特点以及云微物理转换过程,进一步通过敏感实验来研究冰相微物理过程和水平温度湿度平流对冷涡降水的重要作用。对两次冷涡降水过程的分析表明,第一次冷涡位置靠北,其发展过程与后部的冷空气联系紧密;第二次冷涡位置偏南,冷涡成熟后就形成截断低压,阻断了后部冷空气的补充。冷涡云系呈现逗点状分布,其干冷空气和暖湿空气交界的地方有较强的水平锋生。方差和均方差的比较表明模式成功模拟出两次冷涡带来的地面降水过程。模拟的地面降水率随时间东移,与地面观测降水率和云顶亮温的移动一致。两次冷涡过程区域平均以及各自对流降水区的地面降水率的主要贡献项都是局地水汽辐合项,但是在层云降水区,第一次冷涡过程的地面降水率的主要贡献来自于局地水汽辐合和水凝物的减少,第二次则主要来自于局地水凝物减少。两次冷涡过程中冰水路径与云水路径非常接近。在云微物理转换过程方面,第一次冷涡过程的降水率较大,各种相态粒子的含量及其转化率都大于第二次冷涡过程,但是二者表现出一些共同点,即雨水的两个主要来源为雨水与云水的碰并过程和霰的融化过程;而云水的主要来源是过饱和水汽的凝结过程,并且霰融化为雨水的转化率都大于雨水与云水碰并过程生成雨水的转化率,说明冰相成雨过程对雨水的生成有较大的贡献。对冷涡发展阶段富裕县中尺度对流降水的研究表明,短时强降水出现的一个重要原因是对流层中层有干冷空气入侵,低层有暖湿的西南风急流,造成上层干冷下层暖湿的位势不稳定层结,视热源Q1和视水汽汇Q2之和的分布表现出中上层减温的特点,上层辐散下层辐合的动力条件以及充沛的水汽输送条件,都是对流发生的有利条件。模拟的富裕县对流降水期的雷达反射率和冰相、液相水凝物都随时间东移,云团经向宽度不断增大,强度增强,对流初始阶段高层西风作用使云团向东倾斜;局地水汽辐合对地面降水贡献最大,冰水路径在对流发展过程中始终大于云水路径。对包含富裕县中尺度对流降水在内的雨带的发展演变过程分析表明,由于中尺度对流系统的存在,在初始阶段就有较强的雷达反射率和水凝物含量。模拟的总水凝物混合比的时间演变与垂直上升运动变化一致。固态水凝物混合比大于液态水凝物混合比,说明对流发展旺盛,冰云含量大。将降水雨带根据地面雨强的发展分为三个阶段,各阶段以及整个雨带平均的结果都表明局地水汽辐合辐散对地面雨强大小起着关键作用;在初始和成熟阶段,冰水路径和云水路径大小相近,在云微物理过程方面也表现出冰相成雨过程的重要地位,即霰融化为雨水的转化率大于雨水和云水碰并过程生成雨水的转化率,这和两次冷涡过程平均所得结论一致。冷涡降水过程相较于热带海洋地区、华南地区及长江流域等低纬度地区的对流降水过程既有相同点,也有其独特之处。首先,上述地区表现出的两个共同点为:局地水汽辐合对地面降水率的贡献最大;雨水的来源主要有两个过程,其一为雨水和云水的碰并过程,其二为霰的融化过程;而云水的来源主要是过饱和水汽凝结过程。两个不同点表现在:东北冷涡个例中,其云比率要比上述低纬度地区的值大,说明冰云量较大,发展较旺盛。雨水源比率在长江流域、华南地区以及西太平洋地区都小于1,表明雨水和云水的碰并过程强于霰的融化过程,雨水主要由雨水与云水碰并转换而来;而在东北地区雨水源比率都大于1,表明霰的融化过程是雨水生成的主要来源,冰云较丰富,这一差异主要是由冷涡的冷心结构和冷涡发展过程的干冷侵入造成的。冰相微物理过程和水平温湿平流过程对地面降水有着非常重要的作用。无冰相微物理过程,水云发展旺盛,地面降水区域明显缩减,降水雨带的演变对高空风场变化的响应更快,地面降水的主要贡献项即局地水汽辐合项减弱,从而使得地面降水率减小。另外从云微物理过程的角度而言,缺少了冰相水凝物和液相水凝物间的转换过程,雨水生成率减少,从而导致地面降水率减少。水平温度平流和湿度平流对地面降水以及云微物理过程所起的重要作用表现如下:暖平流消失使得环境温度降低,有利于冰云的生成和维持,冰相水凝物与液相水凝物间的转换率明显增大;而湿平流的消失使得环境湿度减小,局地水汽辐合率减小,直接导致地面降水率的减小;干平流消失使得大气湿度增大,局地水汽辐合率增大,并且各种水凝物含量增大,冰相微物理过程活跃,液相和冰相粒子的转换率明显增大,雨水的生成率增大,从而地面降水增大。