近日，中国科学院青藏高原研究所地气作用与气候效应团队在《Geophysical Research Letters》期刊发表了题为《Contribution of Aloft Gravitational Sorting and Lower‐Part Coalescence to Precipitation Over the Southeastern Tibetan Plateau》的研究论文。该研究基于藏东南高海拔地区二维视频雨滴谱仪与微雨雷达的联合观测，系统揭示了降水粒子穿越融化层前后的垂直微物理演变过程机制，阐明了融化层以上冰相粒子的重力分选过程与融化层以下雨滴碰并增长过程对地面降水形成的重要贡献。
青藏高原降水过程对区域水循环、冰川物质平衡和生态系统维持具有重要影响。藏东南地区受南亚季风、复杂地形和高海拔低气压环境共同影响，降水结构具有显著的垂直差异。然而，受高原观测条件限制，关于高海拔地区混合相降水穿越融化层过程中的垂直微物理演变特征仍缺乏直接观测证据。为解决这一问题，研究团队利用布设在藏东南的二维视频雨滴谱仪和微雨雷达，获取了2022—2025年雨季期间降水粒子近地面和垂直廓线信息。二维视频雨滴谱仪提供本研究的近地面雨滴谱观测结果，微雨雷达提供从近地面至6 km高度的雷达反射率、质量加权平均直径和液态水含量等垂直廓线信息，为刻画穿越融化层的液相和冰相降水粒子的演变过程提供了关键资料支撑。
图1 观测站点布局及数据质量控制流程
研究结果表明，低海拔地区雨滴下落过程中常表现出破碎为主的微物理过程，藏东南高海拔地区融化层以下雨滴主要表现为碰并增长特征。藏东南统计结果显示，从海拔2000米至近地面范围内，大多数样本表现为雷达反射率和质量加权平均直径同时增大，表明雨滴在下落过程中通过碰撞—并合不断增长。进一步的雨滴谱垂直结构分析发现，小雨滴浓度随高度降低而减少，而中等和较大雨滴浓度明显增加，说明小雨滴在下落过程中不断被较大雨滴捕获并转化为更大粒径雨滴。这一结果表明，藏东南高海拔环境中的液相降水增长过程具有明显的碰并占优特征。
融化层以上的微物理路径与低层的微物理过程显著不同。微雨雷达观测表明，3.2—6.2 km高度范围内冰相粒子的垂直演变主要受重力分选控制。由于不同粒径冰相粒子的终端下落速度存在明显差异，大粒子下落更快，而小粒子更容易在高空停留，从而形成明显的高度依赖性粒子分布结构。该过程不仅影响融化层附近冰相粒子的物质供给，也对雪雨转换和地面降水形成具有重要意义。
图2 （a）融化层以下（液相）及（b）融化层以上（冰相）雷达反射率因子（Z）与质量加权平均直径（Dm）的变化值的四象限分布。（c）融化层以下（液相）及（d）融化层以上（冰相）各层平均粒子谱分布
研究还发现，近地面环境条件对液相降水微物理过程具有重要调节作用。相对湿度升高有助于减弱雨滴蒸发损耗，增强液态水含量的垂直保持；而较强风速则通过增强湍流扰动和不同粒径雨滴之间的相对运动，促进雨滴碰并增长。该过程能够使水质量向较大粒径雨滴转移，但由于碰并过程本身具有近似质量守恒特征，因此对总液态水含量的影响相对有限。这说明，在藏东南复杂地形和高海拔环境下，湿度主要调节雨滴水分保持，而风速和湍流则更直接影响雨滴粒径增长。
图3 近地面湿度、风速和温度对液相降水微物理演变的影响
进一步比较有亮带和无亮带降水系统发现，不同融化层条件下的降水微物理路径存在显著差异。在有亮带条件下，融化层以下液相降水表现出较为系统的垂直演变序列：雨滴首先经历碰并增长，随后受到蒸发和破碎调节，最终在近地面层再次由碰并过程主导，近地面碰并发生比例可达 81.1%。而在无亮带条件下，蒸发和破碎过程在雨滴下落早期对粒径增长具有抑制作用，但近地面碰并过程仍会推动雨滴增大，并形成相对稳定的微物理平衡结构。
图4 有亮带和无亮带降水系统中主要微物理过程的垂直分布差异
该研究首次基于多年联合观测，从垂直微物理演变角度揭示了藏东南高海拔降水中“高空冰相重力分选—低层液相碰并增长”的关键过程链条。研究指出，藏东南高海拔、低气压、低温和复杂地形环境共同塑造了不同于低海拔地区的降水微物理机制：较低空气密度有利于提高雨滴下落速度并增强不同粒径粒子之间的速度差，较短的融化层以下下落路径限制了雨滴充分发展到破碎占优状态，而高原热力扰动和地形风场则为频繁碰并提供了动力条件。这些机制共同使藏东南降水呈现出区别于低海拔地区的“高海拔微物理过程”特征。
该成果为理解青藏高原及喜马拉雅地区降水形成机制、雪雨转换过程和地面降水粒径结构提供了新的观测证据。研究强调，未来在改进高海拔地区降水模拟和预报时，需要同时考虑低气压、低温、强风、复杂地形以及液相和冰相微物理过程的共同作用，特别是在模拟雪雨转换、冰相物质供给和近地面雨滴谱结构时，应加强对垂直微物理演变机制的参数化表达。该研究对于提升青藏高原复杂地形区降水预报能力、认识山区水资源补给过程以及极端降水风险评估具有重要科学意义。
本研究在中国科学院青藏高原研究所的牵头组织下完成，我所在读博士生续欣为论文第一作者，马耀明研究员和陈学龙研究员为论文通讯作者，薛麓林博士为共同作者。项目得到了国家自然科学基金（U2442213）以及NSF NCAR Water Systems Program的联合支持。
论文信息：Xu, X., Chen, X., Xue, L., & Ma, Y. (2026). Contribution of aloft gravitational sorting and lower‐part coalescence to precipitation over the Southeastern Tibetan Plateau. Geophysical Research Letters, 53, e2026GL123045. https://doi.org/10.1029/2026GL123045.
数据信息：Xu, X. (2026). Collocated 2DVD and micro rain radar observations: Vertical microphysical evolution on the Southeastern Tibetan Plateau. Zenodo. [Dataset]. https://doi.org/10.5281/zenodo.19042701.
