地形区降水为中国西北地区水资源的重要来源之一,不仅影响当地脆弱的生态环境,也影响着周边的水文和农业。为深入理解西北复杂地形区降水特征及其与地形的关联,本文利用台站逐时降水资料、高分辨率卫星产品、再分析资料,开展了降水的小时尺度精细化特征分析,并对气候模式模拟结果进行了评估。首先,综合运用一系列针对小时尺度降水特征的分析方法,揭示了西北地区夏季降水的平均态、降水强度-频次分布、降水事件的持续时间、降水日变化等精细化特征及其与地形海拔高度的关系,发现降水大值区祁连山和伊犁河谷的降水具有明显不同的特征。进一步聚焦山地地形祁连山和谷地地形伊犁河谷地区,深入分析了降水的小时尺度特征及其与局地地形、环流背景的关联。最后,基于对西北复杂地形区降水特征的认识,评估了国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）提供的目前最新的不同分辨率的全球气候模式的模拟结果,揭示了西北地区偏差特征,阐明了水平分辨率的提升对复杂地形区降水模拟带来的增益。主要结论总结如下:1.西北地区降水的小时尺度特征。西北地区降水量的大值区主要位于祁连山、天山中段、伊犁河谷等地,这些地区的降水强度和降水频率均相对较大。而在盆地地区,相对较弱的降水强度和较低的降水频率共同导致了较小的降水量。整个西北地区的降水量与海拔高度紧密相关,降水量随着海拔高度的增加而增加,这一特征主要由降水频率贡献。西北地区不同强度降水的频次分布具有明显的区域差异:祁连山东南部、天山中段和伊犁河谷东部地区的强、弱降水的发生频率均较高;伊犁河谷西部、天山山脉以北的准格尔盆地等地的强降水发生频率较高、弱降水的发生频率较低;而天山以南的塔里木盆地强、弱降水的发生频率均较低。进一步的研究发现,不同降水强度-频次分布的台站降水具有不同的日变化特征,强降水发生频率相对高的地区,降水易发生于午后-傍晚时段,而弱降水发生频率相对高的地区,夜间-清晨时段的降水也具有重要作用。2.伊犁河谷地区小时尺度降水事件特征。天山西段伊犁河谷夏季平均的降水量和降水频率在沿谷和沿坡两个方向上呈现出明显的空间变化。在沿谷方向,降水随海拔高度的增加而增加;在沿坡方向,降水自谷底向南北两坡亦呈现出增加特征。河谷地区存在三类明显不同的降水事件:西部局地型、东部局地型和东移型。西部局地型和东部局地型分别位于河谷的西部和东部,其中东部局地型事件较西部局地型事件数更多、持续时间更长,导致谷地东部地区的降水多于西部地区。与两类局地型降水事件不同,东移型降水事件开始于河谷的西部、之后逐渐移动到河谷的东部,且在河谷东部持续较长的时间。东移型降水事件的空间分布与夏季总降水的空间分布相似,这类降水事件对河谷大部分台站的贡献率超过50%,其形成与中亚低涡紧密相关。3.祁连山降水日变化区域差异与联系。祁连山地区降水的日变化具有明显的区域差异,且这些差异与地形紧密相关。根据降水峰值位相可将祁连山分为四个区域:青海湖地区降水日变化主要表现为夜间峰值;祁连山山顶降水的日变化表现为有着午后峰值的单峰型;随着海拔高度的降低,祁连山东北坡与东南坡地区区域平均的降水以午后峰值为主,并出现了处于清晨时刻的次峰值;随着海拔高度的进一步降低,祁连山周围的平原地区降水呈现为清晨的单峰型。进一步研究发现,在祁连山东北坡和东南坡区,降水日变化存在与海拔高度线性相关的演变特征:随地形海拔高度的降低,清晨峰值逐渐增强,降水的日变化从以午后峰值为主逐渐过渡到以清晨峰值为主。4.不同分辨率气候模式对降水特征的模拟评估。将21个参加CMIP6的大气环流模式按其分辨率高低分为极高、高和低三组,探究了西北复杂地形区降水偏差特征及模式水平分辨率对降水模拟的影响。从夏季降水的平均态的空间分布及降水与海拔高度的关系来看,不同分辨率的三组模式均能够大体再现降水量和降水频率的空间分布,但高估了山地地区的降水量、低估了盆地地区的降水量。模式分辨率的提升改进了降水量和降水频率的空间型态的模拟,高、极高分辨率的模式刻画出与局地地形相关的降水的更精细的分布特征,且再现了降水量随海拔高度的演变特征。从降水强度-频次分布来看,三组模式对不同强度降水的发生频次的模拟存在偏差,均高估了强降水的发生频次,而低估了弱降水的发生频次。高海拔地区降水量的正偏差主要来自强降水的贡献,而低海拔盆地地区降水量的负偏差主要来自弱降水的贡献。从降水日变化来看,极高分辨率的气候模式可在一定程度上再现降水峰值的空间分布特征,但未能模拟出低海拔地区的双峰特征,且模拟的高海拔地区午后至傍晚峰值较观测提早。本文揭示的西北复杂地形区降水精细化特征,为当地农业、生态、环境和水资源方面的研究和应用提供了科技支撑;基于降水精细化特征给出的气候模式的评估结果,对于深入认识和理解数值模式在复杂地形区偏差特征、减小区域天气预报和气候预测的不确定性具有重要意义。