全球和区域综合预报系统GRIST模式是建立在球面正二十面体泰森多边形网格上的全球非静力/静力多尺度模式,实现在球面准均匀和变分辨率网格间灵活选择。耦合具有尺度自适应能力的次网格物理参数化方案对满足GRIST模式变分辨率模拟和多尺度应用需求至关重要,其中云微物理和宏物理过程是模式网格降水和云诊断的关键过程。本研究通过在GRIST模式中引入一个单冰（SI）云微物理方案和一个高斯概率密度函数分布（Gauss-PDF）的统计云方案来改善模式的云微物理和宏物理表达,用SGRSIT单柱模式对热带暖池区域国际云试验（TWP-ICE）和1997年北美南方大平原大气辐射测量试验（ARM97）期间的两个典型个例进行了单柱模拟,结果与CAM5模式的Morrison–Gettelman（MG08）云微物理方案和Park-Bretherton-Rasch（PBR14）云宏物理方案模拟以及观测资料进行了对比分析。SI云微物理和Gauss-PDF云宏物理方案总体改善了降水、凝结和云分布的模拟,在TWP-ICE试验中成功地再现了1月25日到30日对流活跃期的高层云量,降水时间演变合理,具有适当的波动和峰值,相对于MG08和PBG14方案,融化层以下的冰水含量和液态水含量模拟结果分别减少和增加,与观测结果更好地吻合,但在对流活跃期模拟的400h Pa以上高层云量偏大。在ARM97试验中使用Gauss-PDF方案可以有效改善低云云量的模拟和极端降水。进一步改进冰层云诊断方法得到新Gauss-PDF云方案,在TWP-ICE和ARM97两个试验中高层云量明显减少,模拟效果进一步改善,同时保持了原Gauss-PDF方案对于其它物理量的改善效果。本研究进一步进行了SI方案在三维GRIST模式的三维模拟试验。结果显示,SI方案中印度洋北部,南亚地区以及高纬度开阔海域的年平均总降水模拟与观测结果更好吻合,在赤道非洲沙漠地区和极区的年平均大气层顶云辐射影响的长波和短波辐射通量也因为高云云量和低云云量的增加更接近观测结果。