云是气候系统的重要组成，也是大气动力、热力等过程综合后的结果。受季风等影响，东亚-西北太平洋季风区(EA-WNPMR)云和辐射的特征独特，因此结合模式与卫星资料针对该地区云、辐射特征的研究，对我们理解季风系统、改进气候模式具有重要意义。本文基于卫星和再分析资料，揭示了EA-WNPMR云三维结构的季节循环及其与季风环流间的相互作用，分析了云辐射强迫的年际变率及其成因，讨论了云辐射反馈过程对局地海气相互作用的影响。基于观测分析，建立了一套新的层积云参数化方案，并将其引入大气环流模式GAMIL2.0和耦合模式FGOALS-g2中，通过与传统参数化方案比较，讨论了EA-WNPMR云-SST反馈过程及其对局地海气相互作用的影响。主要结论如下：　　 一.东亚-西北太平洋季风区云三维结构的季节演变特征　　 东亚季风区云三维结构具有明显的季节循环特征。冬季，深厚低云、单层云的发生频率和光学厚度较高；云粒子半径和浓度差异较大；低层云水含量较多。夏季，双层云比重增加；高云占支配地位；光学厚度较薄；高云云内粒子半径和浓度特征较为一致，同时云冰含量达到全年的峰值(云水反之)。与云三维结构季节的演变一致，冬半年，云加强了5km以下单位高度大气的长波释放和短波吸收；夏半年，云加强了5km以下气柱的长波吸收和短波释放，在5km以上反之。云的长、短波辐射效应均在夏季达到峰值。　　 西北太平洋和印度季风区云三维结构相似，双层云的发生频率与单层云相当，而云几何特征、云冰含量中心所在高度的季节变化不明显，云滴粒子半径较小的冰云常年存在。冬季，大气高、低层浅薄云的发生频率较高，云光学厚度较薄。夏季，高频云带延伸至对流层中层，且云冰含量达到全年峰值，该特征在西北太平洋更为明显。与上述特征对应，全年云辐射效应在5km以下单位高度大气均表现为长波吸收和短波释放，5km以上反之，且云辐射效应在夏季达到最强。　　 二.东亚季风环流与云三维结构的相互作用　　 卷云和层积云分别支配夏季和冬季，构成了东亚季风区独特的云垂直结构季节演变特征。季风环流云系的建立及其季节性位移，是造成东亚季风区高低云季节循环的主要原因之一。冬季，大气低层稳定度(LTS)较高且中层存在辐散运动，有利于层积云等低云的形成。夏季，夏季风环流上升支对应大量深对流云，而其高层的南风辐散则形成卷云砧。随着夏季风环流向北推进及其云系逐渐控制东亚季风区，大气环流垂直配置发生变化，对流云、卷云相应增多。同时，在季风水汽输送的作用下，LTS降低、层积云减少。　　 云辐射加热率显示，夏季高云、云冰增多，在对流层产生较强的净辐射加热，其中心位于对流层中层，触发上升运动(中心约-10hPa/day)。根据Sverdrup平衡，在云加热中心以上(下)产生北(南)风。云加热引起的经圈环流与季风环流一致，表明其与季风区环流存在正反馈。该机制被晴空辐射冷却廓线制约。　　 三.东亚-西北太平洋季风区的“层状云-SST”正反馈机制　　 El Nino年冬季开始，西北太平洋出现异常反气旋(WNPAC)，在其北侧(东亚边缘海)出现净云辐射强迫(NetCRF)正异常，两者分别对应局地冷、暖海表温度异常(SSTA)。该格局一直维持到次年春季，且东亚边缘海暖SSTA有所加强。研究发现，WNPAC北侧暖SSTA上空的NetCRF正异常，主要与层状云减少触发局地“层状云-SST”正反馈过程有关。该过程可表述为：WNPAC的西北支阻挡了气候态向南的水汽输送，造成低层水汽堆积、质量辐合，一方面迫使地表潜热释放减弱；另一方面削弱大气稳定度，减少层云；对流层中层，WNPAC的西北侧存在异常气旋，阻碍了西风带的辐散作用及大陆中层层状云向西风带下游延伸。中低层层状云负异常致使海表入射短波辐射通量增强，有利于局地暖SSTA的维持和增强。后者通过降低稳定度迫使层状云(地表入射短波)进一步减少(增强)。“层状云-SST”正反馈过程与西北太平洋冷SSTA上空的“风-蒸发”正反馈机制配合，维持了WNPAC南侧冷、东亚边缘海暖的海温格局。　　 四.层积云方案改进及其在大气环流模式GAMIL2.0中的检验　　 基于卫星资料，建立估算逆温(EIS)层积云方案，将其加入到GAMIL2.0中。通过EIS和传统层积云方案(LTS方案)的对比试验，发现EIS层积云参数化方案具有较好的适用性，较之LTS方案，有效改善了GAMIL2.0对全球及EA-WNPAC云辐射特征气候态的模拟，弥补了LTS方案模拟中高纬度云辐射强迫偏弱的现象。这与EIS方案忽略了自由大气的温度层结有关。EIS层积云方案亦改进了GAMIL2.0对云辐射年际变率的模拟能力，较好地模拟出了ENSO年冬春季东亚边缘海域的NetCRF正异常和层云负异常。研究表明，较之LTS方案，EIS方案对SSTA更敏感。这使得引入EIS方案的大气模式对SSTA的响应更强，从而改进了对云辐射强迫和地表入射短波通量年际变率的模拟。EIS方案中更强的大气响应使WNPAC的模拟也得到了较大改善，东亚冬季风降水年际变率的模拟也随之改进。　　 五.EIS层积云方案在耦合模式FGOALS-g2中的检验　　 本工作将EIS层积云方案加入耦合模式FGOALS-g2中，讨论了EIS层积云方案对耦合模式中EA-WNPMR云辐射特征的影响。通过EIS和LTS方案的对比试验发现，LTS层积云方案低(高)估了中高纬(赤道)地区气候态短波云辐射强迫，EIS方案对上述偏差存在较大改进。受此影响，EIS模拟的中高纬度SST比LTS偏低约0.5K。EIS方案改进了对云辐射强迫年际变率的模拟，尤其在EA-WNPMR。较之LTS方案，在El Nino年冬春季，其较好地模拟出了EA-WNPMR、东太平洋和中高纬度的NetCRF正异常。与云辐射模拟改进一致，模拟的局地SSTA亦更接近观测，尤其在东亚边缘海和中高纬度洋面。原因在于，EIS层积云方案对SSTA更敏感，相应地增强了局地海气相互作用，其物理过程如下：El Nino年冬春季，在东亚边缘海暖SSTA的作用下，EIS方案产生更强的层积云负异常，加强了EA-WNPMR异常下沉运动，产生更强的NetCRF和海表入射短波正异常，局地暖SSTA得以维持并加强。上述过程表明EIS层积云方案增强了模式中EA-WNPMR与云有关的局地海气相互作用。该过程与第三章的结果类似，从而验证了前文结论。