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本文基于WRF(the Weather Research and Forecasting)动力降尺度系统，首先针对北京夏、秋季典型极端降水个例开展了高分辨率(三层嵌套，水平分辨率为10km、3km和1km)的回报工作。其次，以美国气候预测系统(NCEP-CFS)回报结果为初始和边界场，系统地开展了1999-2018年中国北方东部地区(黑龙江、吉林、辽宁、河北、山东及内蒙古部分地区，范围为115°-135°E，35°-55°N)夏季(6-8月)极端降水的高分辨率(水平分辨率为10km)动力降尺度回报研究，分析不同参数化方案和起报时间对极端降水预测的影响。最后，基于站点观测资料分析了中国北方东部地区夏季极端降水的年代际变化特征，并从水汽输送的角度分析了极端降水与非极端降水的差异。得到的主要结论有:
(1)WRF高分辨率嵌套模式可以合理回报北京夏季和秋季两次极端降水个例，高分辨率模式能够回报出降水的局地特征。不同参数化方案组合性能不同，在不同降水阶段模式性能也存在差异。
采用WRF模式高分辨率三层嵌套分别对北京夏季(2016年7月19日-7月21日，北京地区累计降水量212.6mm，持续大约55个小时)和秋季(2015年9月4日-9月5日，北京地区降雨量累计超过100mm，持续大约30个小时)两个极端降水个例进行回报研究。秋季个例中WRF模式能够回报出降水的局地特征。不同参数化方案组合的结果有明显差异，其中陆面过程采用RUC方案，微物理过程采用WSM6方案的结果与观测最为吻合。夏季个例分析发现，模式在降水不同阶段表现不一，在7月20日00-09时，模式回报降水小于观测，水汽输送回报的偏差可能是导致降水偏差的主要原因。同时，不同参数化方案中云水混合比及雨水混合比等因素对降水回报有重要影响。
(2)利用NCEP-CFS回报结果作为初始和边界场，驱动WRF模式进行中国北方东部地区1999-2018年夏季极端降水系统回报研究，结果显示动力降尺度系统有良好的模式性能。
高分辨率WRF模式的回报结果较CFS模式在夏季平均降水的空间分布及量值上都与观测更加吻合。对大部分极端降水指数(极端降水贡献率:R95t;日降水量大于10mm天数:R10mm;日降水量大于20mm天数:R20mm;日降水量最大值:Rxlday;5日连续降水量最大值:Rx5day;极端降水强度:SDⅡ;总降水量:PRCPTOT)的回报结果比较分析发现，CFS能够回报出极端降水指数的空间分布，但在极端降水中心的分布上与观测存在偏差。WRF模式能够有效改善极端降水空间分布的回报。针对极端降水日数(R95p)回报的比较发现，WRF及CFS回报结果与观测都存在差别，但WRF模式的偏差更小。选取WRF模式对极端降水回报较好年份(2014)和较差年份(2009)分析造成模式性能差异的原因，结果表明，WRF相对CFS的改进主要体现在850hPa位势高度、涡度、以及水汽输送等方面，这些因素回报效果的改进可能是导致WRF模式性能提升的主要原因。
(3)初始场和物理过程参数化方案对中国北方东部地区极端降水回报有重要影响，在一定程度上决定了高分辨率嵌套动力降尺度系统的预测性能。
采用CFS模式不同起报时间(4月、5月)夏季回报结果作为初始和边界场，利用WRF模式开展不同微物理过程参数化方案(WSM6方案、Lin方案)的系统动力降尺度(1999-2018年)回报试验，结果表明:CFS模式和WRF模式都能够回报出夏季平均降水和极端降水的空间分布，5月起报的结果性能总体上高于4月份起报的结果，说明模式初始场对回报性能有重要的影响。
WRF模式回报的平均降水及极端降水的空间相关系数总体上高于CFS模式，显示出动力降尺度在平均降水及极端降水预测方面的应用前景。不同参数化方案结果的比较显示5月起报的集合方案在平均降水及R95t、R10mm、Rx5day、R20mm、PRCPTOT等极端降水指数的回报中表现出最好的模式性能。
(4)中国北方东部地区夏季极端降水在2000年后呈现年代际减少，水汽输送是导致极端降水与非极端降水差异的重要因素。
基于站点逐日降水观测数据分析了中国北方东部地区夏季R95t和R95p的时空分布特征。结果表明二者在1961-2016年间经验正交函数分解第一模态呈现全场一致型分布。年代际突变检验发现R95t和R95p在2000年后呈现显著的减少趋势。对2000年前后环流系统合成分析表明，极端降水发生年代际减少的关键影响系统为东北至蒙古地区的正压性反气旋异常，该异常受到类“丝绸之路”大气遥相关波列的影响，并且2000年后太平洋年代际振荡和北大西洋多年代际振荡的位相转变对类“丝绸之路”遥相关产生影响。
对极端降水与非极端降水的整层(地表至300hPa)水汽输送差异的分析表明，极端降水发生时，东北、蒙古东北部地区存在气旋式整层水汽输送异常，该异常将水汽不断输送至中国北方东部地区，在该气旋式异常东南侧海面上为一反气旋式水汽输送异常，该反气旋式异常将黄海东海海面上的充足水汽不断汇至中国北方东部地区。对水汽输送异常的环流成因分析表明，极端降水发生时东北地区对流层低层存在一闭合强低压系统，西北太平洋副热带高压也有明显的西伸北抬现象，二者共同导致了极端降水与非极端降水之间较大的水汽输送差异。
(1)WRF高分辨率嵌套模式可以合理回报北京夏季和秋季两次极端降水个例，高分辨率模式能够回报出降水的局地特征。不同参数化方案组合性能不同，在不同降水阶段模式性能也存在差异。
采用WRF模式高分辨率三层嵌套分别对北京夏季(2016年7月19日-7月21日，北京地区累计降水量212.6mm，持续大约55个小时)和秋季(2015年9月4日-9月5日，北京地区降雨量累计超过100mm，持续大约30个小时)两个极端降水个例进行回报研究。秋季个例中WRF模式能够回报出降水的局地特征。不同参数化方案组合的结果有明显差异，其中陆面过程采用RUC方案，微物理过程采用WSM6方案的结果与观测最为吻合。夏季个例分析发现，模式在降水不同阶段表现不一，在7月20日00-09时，模式回报降水小于观测，水汽输送回报的偏差可能是导致降水偏差的主要原因。同时，不同参数化方案中云水混合比及雨水混合比等因素对降水回报有重要影响。
(2)利用NCEP-CFS回报结果作为初始和边界场，驱动WRF模式进行中国北方东部地区1999-2018年夏季极端降水系统回报研究，结果显示动力降尺度系统有良好的模式性能。
高分辨率WRF模式的回报结果较CFS模式在夏季平均降水的空间分布及量值上都与观测更加吻合。对大部分极端降水指数(极端降水贡献率:R95t;日降水量大于10mm天数:R10mm;日降水量大于20mm天数:R20mm;日降水量最大值:Rxlday;5日连续降水量最大值:Rx5day;极端降水强度:SDⅡ;总降水量:PRCPTOT)的回报结果比较分析发现，CFS能够回报出极端降水指数的空间分布，但在极端降水中心的分布上与观测存在偏差。WRF模式能够有效改善极端降水空间分布的回报。针对极端降水日数(R95p)回报的比较发现，WRF及CFS回报结果与观测都存在差别，但WRF模式的偏差更小。选取WRF模式对极端降水回报较好年份(2014)和较差年份(2009)分析造成模式性能差异的原因，结果表明，WRF相对CFS的改进主要体现在850hPa位势高度、涡度、以及水汽输送等方面，这些因素回报效果的改进可能是导致WRF模式性能提升的主要原因。
(3)初始场和物理过程参数化方案对中国北方东部地区极端降水回报有重要影响，在一定程度上决定了高分辨率嵌套动力降尺度系统的预测性能。
采用CFS模式不同起报时间(4月、5月)夏季回报结果作为初始和边界场，利用WRF模式开展不同微物理过程参数化方案(WSM6方案、Lin方案)的系统动力降尺度(1999-2018年)回报试验，结果表明:CFS模式和WRF模式都能够回报出夏季平均降水和极端降水的空间分布，5月起报的结果性能总体上高于4月份起报的结果，说明模式初始场对回报性能有重要的影响。
WRF模式回报的平均降水及极端降水的空间相关系数总体上高于CFS模式，显示出动力降尺度在平均降水及极端降水预测方面的应用前景。不同参数化方案结果的比较显示5月起报的集合方案在平均降水及R95t、R10mm、Rx5day、R20mm、PRCPTOT等极端降水指数的回报中表现出最好的模式性能。
(4)中国北方东部地区夏季极端降水在2000年后呈现年代际减少，水汽输送是导致极端降水与非极端降水差异的重要因素。
基于站点逐日降水观测数据分析了中国北方东部地区夏季R95t和R95p的时空分布特征。结果表明二者在1961-2016年间经验正交函数分解第一模态呈现全场一致型分布。年代际突变检验发现R95t和R95p在2000年后呈现显著的减少趋势。对2000年前后环流系统合成分析表明，极端降水发生年代际减少的关键影响系统为东北至蒙古地区的正压性反气旋异常，该异常受到类“丝绸之路”大气遥相关波列的影响，并且2000年后太平洋年代际振荡和北大西洋多年代际振荡的位相转变对类“丝绸之路”遥相关产生影响。
对极端降水与非极端降水的整层(地表至300hPa)水汽输送差异的分析表明，极端降水发生时，东北、蒙古东北部地区存在气旋式整层水汽输送异常，该异常将水汽不断输送至中国北方东部地区，在该气旋式异常东南侧海面上为一反气旋式水汽输送异常，该反气旋式异常将黄海东海海面上的充足水汽不断汇至中国北方东部地区。对水汽输送异常的环流成因分析表明，极端降水发生时东北地区对流层低层存在一闭合强低压系统，西北太平洋副热带高压也有明显的西伸北抬现象，二者共同导致了极端降水与非极端降水之间较大的水汽输送差异。