基于Polar WRF-格点统计插值(GSI)的北极区域大气再分析系统的构建与评估OA

本文采用Polar WRF极地中尺度数值模式和格点统计插值(Gridpoint Statistical Interpolation,GSI)变分同化系统,构建了一套适用于北极地区的高分辨率区域大气再分析系统。该系统同化地面观测、探空及卫星遥感等多源资料,生成了2012—2016年水平分辨率为10 km的北极区域大气再分析数据集,并利用地面探空观测、ERA5再分析资料及GPM降水产品进行系统评估。结果表明:(1)近地面要素方面,WRF对2 m气温和10 m风速的模拟优于ERA5,其均方根误差(E_(RMSE))分别为2.008℃和1.707 m·s^(-1),低于ERA5的2.196℃和2.018 m·s^(-1);但2 m露点温度和海平面气压E_(RMSE)分别为1.984℃和1.303 hPa,高于ERA5。(2)高空要素方面,WRF对位势高度和相对湿度具有优势,其中相对湿度E_(RMSE)为11.5%~12.4%,低于ERA5的18.0%~19.5%;温度和风速E_(RMSE)则略高于ERA5。(3)降水方面,WRF能够再现“外围海域高、中央海盆低”的空间格局,7月误差最小,平均误差(EME)和E_(RMSE)分别为0.04 mm·d^(-1)和0.57 mm·d^(-1);1月和10月E_(RMSE)分别为1.11 mm·d^(-1)和1.03 mm·d^(-1),冬季和秋季降水量级误差较大。(4)2012年8月北极强气旋个例表明,WRF能够刻画500 hPa低压中心、冷心结构、湿度分布和外围高风速带。总体而言,该系统在北极区域大气状态和降水空间结构重建方面具有较好适用性。