冬季的雨雪冰冻灾害会严重影响电力、交通运输及社会经济的正常运行,其造成的影响程度取决于不同的降水相态。现有的诊断和预报模型对降水形成、转化的物理机制考虑不够全面,无法准确区分雨雪过渡区内各相态降水量及落区,特别在山地环境下。因此,开展冬季雨-雪过渡区降水相态理论模型的构建及山地对各相态降水落区的研究,进而准确地模拟冬季山地降水相态以及落区的分布,无疑是一项极具挑战性的研究,具有重要的科学意义和实用价值。本文根据雨雪过渡区内冻雨、冰粒、雨夹雪等降水相态形成的物理机制及气象条件,构建了降水粒子从高空到地面、包含完整热力学过程的降水相态理论模型（Theoretical model of Precipitation Phases,TPP模型）。通过对TPP模型的验证及地形的敏感性试验,揭示了地形对冬季降水相态形成过程及落区的影响,构建了山地环境下冬季降水相态落区的融化和暖雨过程的两个概念模型。其主要结论如下:1)冻雨、冰粒和雨夹雪事件均存在融化、暖雨和边缘类三种机制,云顶高度和大气温湿结构差异是造成不同降水相态的主要原因,并发现了暖冻雨现象。对雨雪过渡区内冻雨、冰粒、雨夹雪的形成机制、气象条件及探空特征的统计和对比,发现我国冻雨以过冷暖雨机制为主,雨夹雪以融化机制为主,而冰粒的融化机制及边缘类机制占比大体相当。海拔越高,融化机制占比降低,暖雨机制升高。融化机制中,融化层厚度、温度和相对湿度的增加有利于冻雨形成,次冻结层厚度增加或温度降低有利于冰粒形成;暖雨机制中,较高的云顶高度及云下温度＜-5℃有利于过冷雨滴再冻结为冰粒或雨夹雪。此外,普遍观测到了暖冻雨现象（气温＞0℃的冻雨天气）,占冻雨事件总数的9%,无论是气温还是湿球温度均不能完全解释该现象的发生原因。2)考虑下落雨滴的非平衡热交换过程,构建了雨滴温度变化的理论模型,发现雨滴温度与实际大气存在热滞后,利用瞬时平衡得到的湿球温度与实际雨滴温度有很大差异,弥补了其他类似模型的缺陷。下落雨滴受气温垂直递减率（Γ）、雨滴粒径（D）和相对湿度（RH）的影响,其表面温度与大气间存在热滞后。敏感性试验表明,Γ的正负决定了雨滴偏离平衡态的方向,D、（38）和RH的大小决定了雨滴热滞后的程度。利用该模型对地面（表）气温＞0℃的暖冻雨形成的机制进行了解释,雨滴温度在区分雨和冻雨方面比气温和湿球温度更准确。3)详细考虑了固态降水的融化、混合态降水的再冻结、非平衡雨滴温度的变化与自发冻结过程,新构建了降水相态诊断的理论（TPP）模型。相比于传统的降水相态诊断模型,TPP模型能对冻雨、冰粒、雨夹雪等雨雪过渡区内降水相态的形成过程及各相态降水量进行准确预测。在此基础上,利用TPP模型定量探究了气象要素对不同相态降水粒子形成过程的影响,发现随着暖层温度的升高、相对湿度的增大,落至暖层底部的降水相态逐渐由湿雪→雪泥→雨。随着次冻结层温度的降低或相对湿度的增大,地面降水相态逐渐由雪泥转为冰粒。在锋区内,随着暖层内Γ或RH的增大,地面的雨雪过渡区及冻雨区范围也随之拓宽,地面雪区范围随之减小。随着次冻结层Γ的增大,地面混合态降水（雪泥和湿雪）落区消失;固态降水（雪、湿雪及冰粒）落区也随之向锋前移动,但次冻结层相对湿度的变化对地面降水相态的空间分布影响很小。4)将WRF模式输出的气象场与TPP模型耦合,对准静止锋天气下及三维理想化地形中冬季相态降水的分布规律及影响机制进行了研究。在准静止锋天气系统影响下,当地形高度远低于冷空气厚度（1～1.5km）时,地形对风场、垂直大气温度及降水相态分布影响较小;随着地形抬升,山体阻塞效应逐渐增强,迎风坡上因冷空气堆积使地面气温降低,低空次冻结层厚度和强度增大,高空暖层厚度和强度减弱,而背风坡与之相反。迎风坡上的冻雨区域逐渐转化为冰粒和干雪,背风坡的冻雨逐渐被降雨所取代,冻雨区域越来越小,并导致导线覆冰高值区逐渐由山顶向山体两侧移动,迎风坡及背风坡上的覆冰速率高值区近乎完全消失。此外,山体两侧温度垂直结构及降水相态分布受地形抬升影响较小。5)构建了山地环境下冬季降水相态的融化和暖雨过程的概念模型,相比于平原地区的冬季降水相态概念模型,拓展了其在山地环境下的应用场景,细化了降水相态的类别。融化过程中,山体低于冷空气厚度,整个山体均有冻雨发生,迎风坡和山顶冻雨量略高于背风坡和山体两侧;反之,地形阻塞效应越来越强,低于冷空气厚度的部分山体出现了冻雨,高于冷空气厚度的山体区域降水相态转化为湿雪或雪泥;迎风坡由冻雨向冰粒和干雪转变,背风坡上由冻雨逐渐向雨、雪泥、湿雪转化。暖雨过程中,山体低于冷空气厚度时,冻雨量在迎风坡增加而背风坡减少,锋后地区的降水相态表现为冻雨夹冰粒或冻雨夹雪;反之,仅在迎风坡和山体两侧出现冻雨,山体其余地区的降水相态则为雨,山体上游地区的降水相态为雨夹雪（若地面气温＞0℃）或冻雨夹雪。