隨著數(shù)值模擬的快速發(fā)展，對精細(xì)化的數(shù)值天氣預(yù)報和氣候建模的需求日益增加，特別是對于變網(wǎng)格數(shù)值模型而言。作為一種先進技術(shù)，變網(wǎng)格分辨率技術(shù)能夠在關(guān)鍵區(qū)域提供更高的空間分辨率，同時在非關(guān)鍵區(qū)域保持較低的分辨率，從而優(yōu)化計算資源并提高模擬效率（McGregor, 2015）。這項技術(shù)已廣泛應(yīng)用于全球氣候模型（GCMs）和區(qū)域天氣預(yù)報模型（Bauer等人，2015；Skamarock等人，2012）。此外，大多數(shù)全球變網(wǎng)格模型（如CESM、MPAS等）已被用于研究區(qū)域天氣和氣候特征（Cavazos等人，2009；Chen等人，2013；Chen等人，2014；Huang等人，2022；Huang等人，2013；Zarzycki和Jablonowski，2014；Zhao等人，2010；Feng等人，2023）。

傳統(tǒng)的對流、云微物理過程、輻射和邊界層參數(shù)化方案已不再適用于變網(wǎng)格分辨率的新要求。為了解決這個問題，一些學(xué)者提出了幾種具有尺度意識的參數(shù)化方案。Wang（2022）在傳統(tǒng)對流參數(shù)化方案的基礎(chǔ)上，提出了一種具有尺度意識的Tiedtke方案，顯著提高了高分辨率模擬中對流區(qū)域的降水預(yù)報效果。該方法調(diào)整了Tiedtke方案中的時間尺度縮放項，使其能夠適應(yīng)高分辨率，從而在模擬對流過程的細(xì)節(jié)和降水強度方面表現(xiàn)出色。Zhou等人（2021）提出了一種針對100米至1公里水平分辨率范圍的干對流邊界層湍流的新尺度意識模型。該模型通過將行星邊界層方案與大渦模擬（LES）閉合方案結(jié)合來實現(xiàn)尺度意識，具體采用后向平均方法確定平均系數(shù)，從而考慮了湍流長度尺度的垂直變化并適應(yīng)灰區(qū)的分辨率范圍。然而，關(guān)于云微物理過程的尺度意識參數(shù)化的研究仍然相對有限。

作為天氣和氣候系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，云微物理過程在降水形成、輻射平衡和大氣反饋機制中起著關(guān)鍵作用（Bélair和Mailhot，2001；Morrison和Gettelman，2008）。云微物理過程主要涉及水蒸氣凝結(jié)、冰晶形成、滴碰撞-聚合和相變等復(fù)雜機制（Chen等人，2025）。這些過程的準(zhǔn)確模擬直接影響模型預(yù)測云量、降水和氣候敏感性的能力（Khairoutdinov和Randall，2003；Stevens和Bony，2013）。此外，作為云凝結(jié)核（CCN）和冰核（IN）的氣溶膠會影響云微物理過程，改變云內(nèi)的熱力學(xué)和動力學(xué)結(jié)構(gòu)，進而影響降水效率和云壽命，這被稱為氣溶膠微物理效應(yīng)（Fan等人，2018；Fan等人，2016；He等人，2025；Lin等人，2018；Rosenfeld等人，2008；Tao等人，2012；Zhao等人，2023）。在全局變網(wǎng)格分辨率模型和數(shù)值模擬中，云微物理過程對水平分辨率的響應(yīng)是非線性的。長期以來，子網(wǎng)格尺度上微物理量的變異性一直被認(rèn)為是限制微物理參數(shù)化準(zhǔn)確性的核心問題之一。大量研究表明，云水含量、雨水含量和粒子數(shù)濃度等微物理變量在單個模型網(wǎng)格內(nèi)表現(xiàn)出空間異質(zhì)性（Pincus和Klein，2000；Lebsock等人，2013）。由于許多微物理過程（如自動轉(zhuǎn)化和碰撞-聚合生長）具有高度非線性，忽略這種子網(wǎng)格變異性通常會導(dǎo)致系統(tǒng)偏差（Cheng和Xu，2009；Cahalan等人，1994；Larson等人，2001）。Fowler等人（1996）和Fowler和Randall（1996）發(fā)現(xiàn)，與高分辨率的中尺度系統(tǒng)模型相比，粗分辨率的全球環(huán)流模型傾向于顯著低估自動轉(zhuǎn)化過程。先前的研究表明，如云水蒸發(fā)等微物理過程對分辨率變化非常敏感。Bryan和Morrison（2012）以及Jeevanjee和Zhou（2022）指出，隨著水平分辨率的提高，云水蒸發(fā)的強度顯著增強，不同分辨率下這一過程的表示存在顯著差異。此外，使用云系統(tǒng)解析模型，Lee等人（2018）發(fā)現(xiàn)高分辨率模擬中的凝結(jié)和沉積過程比粗分辨率情況有顯著增強。然而，現(xiàn)有的微物理參數(shù)化方案缺乏尺度意識機制，導(dǎo)致微物理過程模擬對網(wǎng)格分辨率的敏感性較高。

以往的研究主要集中在不同水平網(wǎng)格分辨率對對流風(fēng)暴發(fā)展和結(jié)構(gòu)的影響上（Adlerman和Droegemeier，2002；Petch等人，2002；Gentry和Lackmann，2010），而關(guān)于分辨率如何影響微物理過程的研究相對較少。Fierro等人（2009）在不同分辨率下模擬了風(fēng)暴結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)更高分辨率可以更細(xì)致地解析小尺度上升氣流和雨滴、冰雹等水成物的分布，從而產(chǎn)生更陡的徑向梯度和更準(zhǔn)確的雷達反射率。在較粗的分辨率下，模擬出的眼壁變寬，導(dǎo)致更大的質(zhì)量通量和上升氣流體積，進而產(chǎn)生更多的凝結(jié)物和冰相水成物。相比之下，高分辨率模擬有助于更準(zhǔn)確地描述風(fēng)暴結(jié)構(gòu)和云微物理特性。Potvin和Flora（2015）發(fā)現(xiàn)，隨著水平分辨率的提高，模型可以更清晰地捕捉超級單體的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和微物理過程。目前，越來越多的研究關(guān)注網(wǎng)格分辨率如何影響云微物理過程的模擬。粗分辨率模型（網(wǎng)格間距大于10公里）通常依賴于對流參數(shù)化方案，這簡化了云微物理過程，從而導(dǎo)致模擬降水強度和云分布的顯著偏差（Wang等人，2021；Weisman等人，1997）。Strandberg和Lind（2021）發(fā)現(xiàn)，將網(wǎng)格間距從50公里減小到12.5公里后，模型預(yù)測積云降水的能力顯著提高，但仍無法完全解析云內(nèi)的微物理過程。進一步的研究表明，當(dāng)分辨率提高到允許對流的尺度（網(wǎng)格間距小于4公里）時，顯式微物理方案可以捕捉到滴凝結(jié)、冰晶沉積和水蒸氣沉積等細(xì)節(jié)，從而改善降水分布和云輻射效應(yīng)的模擬（Bryan等人，2003）。此外，不同的微物理參數(shù)化方案對模型分辨率的響應(yīng)不同。Xu等人（2023）使用Purdue-Lin單矩方案和NSSL雙矩微物理方案在不同水平分辨率下模擬了臺風(fēng)Fitow引發(fā)的大雨事件。結(jié)果表明，隨著分辨率的提高，平均地表降水量減少。然而，在Purdue-Lin方案中，降水量減少與凈凝結(jié)減少有關(guān)，而在NSSL方案中，則是由于局部水成物匯聚的變化所致。同樣，Morrison等人（2015）使用Morrison、Thompson和WSM6微物理方案在不同CAPE環(huán)境下研究了不同分辨率的影響。他們發(fā)現(xiàn)，在高CAPE環(huán)境和高分辨率模擬中，Morrison方案產(chǎn)生的凝結(jié)量最高，而WSM6方案產(chǎn)生的凝結(jié)量最低。因此，本研究探討了水平分辨率對云微物理過程的影響。

以往的研究尚未充分探索不同分辨率影響云微物理過程的機制，關(guān)于云微物理過程尺度意識的研究也存在不足�；�于WRF模型中的三維理想化超級單體案例，本研究分析了Morrison雙矩微物理方案中微物理過程對水平分辨率的敏感性，并進一步探討了具有尺度意識的氣溶膠激活和云滴凝結(jié)方法。

為了解決不同水平分辨率下微物理方案性能的不確定性，我們使用WRF模型進行了理想化的超級單體雷暴實驗。分析了Morrison微物理方案中關(guān)鍵微物理過程（如氣溶膠激活和DC）對不同水平分辨率（3公里、1公里和0.5公里）的敏感性。結(jié)果表明，多個微物理過程對水平分辨率具有很強的敏感性。

Abdul-Razzak和Ghan，2000；IPCC，2013；Khairoutdinov和Kogan，2000；Pruppacher和Klett，1997；Pruppacher和Klett，2010。

作者聲明他們沒有已知的競爭性財務(wù)利益或個人關(guān)系可能影響本文報告的工作。

我們感謝中國國家重點研發(fā)計劃（2023YFC3705702）、國家自然科學(xué)基金（42475104）、四川省科技計劃（2025YFN0006）、云南省西南聯(lián)合研究生院科技專項（202302AP370003）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（2025A1515510018）以及中國氣象局熱帶氣象關(guān)鍵創(chuàng)新團隊的支持。