东亚季风指数定义的分类及方法

方晓等

摘要 东亚季风指数的定义方法很多，其不同之处主要在于采用了不同的要素场。归纳了前人对于东亚冬、夏季风指数定义的不同类别，包括气压场类、风场类、环流场类、温度场类、水汽场类和综合类；同时还总结了定义东亚季风指数时所采用的不同方法，以及不同东亚季风指数的适用范围，以期对东亚季风指数形成完整的认识。

关键词 东亚季风；指数定义；要素场；分类；方法

中图分类号 P425.5 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）01-0223-03

Abstract There are many methods for the definition of East Asia monsoon index，mainly depends on the different elements field.This paper summarized the different definition of the East Asia winter and summer monsoon index by predecessors，including the pressure field，wind field，circulation field，temperature field ，moisture field and comprehensive method.At the same time，the definition methods of East Asia monsoon index and different scope of application for East Asia monsoon index were also summarized，in order to form an integrated comprehend on the definition of East Asia monsoon index.

Key words East Asia monsoon；definition of the index；element field；classification；methods

季风对于农业的影响不言而喻。目前，国内外对于东亚季风的研究虽然已经有很多，但是对于东亚季风的强弱以及进退等问题的定量描述尚无统一的定论。对于不同地区气候与农业关系的分析需要采用不同的季风指数，用一个或几个简单的指数来定量表征复杂的东亚季风的强弱以及进退等问题会遇到一些困难。此外，对于不同地区、不同气候要素的研究，其对应的东亚季风指数的定义也相应有所不同。现将东亚季风指数的不同定义方法介绍如下。

1 东亚季风指数定义方法分类

按照定义东亚季风时所依据的不同要素类型，可将东亚季风指数定义的方法分为气压场类、风场类、环流场类、温度场类、水汽场类以及综合类等。

1.1 气压场类

郭其蕴[1]以东经110°～160°的海平面气压差作为东亚夏季风的强度表征。赵汉光等[2]建立冬季风强度指数。施 能等[3]改进了东亚夏季风的强度表征方法。但由于热带区域气压场的变化幅度较小，若仅用气压差表征的季风指数来描述效果不佳，而以此描述副热带区域的季风比较合适。赵 平等[4]以西太平洋副热带高压与蒙古低压的差异表征对副热带夏季风的影响，从而定义副热带夏季风指数。该指数可以表征东亚副热带夏季风和长江流域降水变化。Hanawa等[5]采用海参葳与日本根室气压差形成的冬季风指数，该指数所用站数少、纬度高，适宜日本地区使用。

1.2 风场类

乔云亭、陈烈庭和张庆云[6]取北纬20°～40°，东经100°～140°的范围，根据公式定义了西南季风面积和强度指数、东南季风面积和强度指数、偏北季风面积和强度指数。并讨论了各指数的相互关系及年际变化。张庆云等[7]通过研究得出：东亚夏季风系统中的热带辐合带与副热带辐合带的强度变化趋势相反。从这一环流系统的特点出发，张庆云等利用850 hPa纬向风定义了东亚夏季风指数ZTCI。陈 文等[8]研究了东亚冬季风在20世纪90年代末的年际变化情况，利用东海和南海的10 m风场，定义了一个东亚冬季风指数，分析表明该指数较好地表述了东亚冬季风的年际变化。朱艳峰[9]用500 hPa风场要素定义了一个冬季风环流指数（IEAWM）。

1.3 环流场类

黄 刚等[10]以影响东亚夏季风的东亚—太平洋大气遥相关型为依据，定义了一个东亚夏季风环流异常指数，分析表明该指数可以对于东亚地区夏季的气候要素场的年际变化特征进行表征。崔晓鹏和孙照渤[11]根据东亚地区500 hPa高度场EOF分析结果，并参照历史平均东亚大槽的位置，用500 hPa东亚大槽活动定义了一个东亚冬季风强度指数（H50）。讨论了H50与东亚大气环流和我国气温的关系，并分析了H50在1951—1992年的变化。何卷雄、张东凌和曾庆存[12]根据季风环流圈强度，采用欧拉方法，将季风环流分解成经向和纬向两部分，分别度量这两部分的强度，从而定义了一个季风指数。陈海山和孙照渤[13]定义了一个反映中国冬季气温异常的指标东亚区域西风指数。因此，环流要素定义的东亚季风指数可以结合东亚季风的相关特征，对东亚环流场的变化进行较好的表征，方法较成熟，但在表征季风降水等方面稍有不足。

1.4 温度场类

孙秀荣等[14]改造了前人定义的季风强度指数，并对不同方向的海陆热力差异进行综合考虑，因此更加详尽。分析得出：该指数可以对我国东部季风区夏季降水的年际异常变化特征进行良好表征，并且该指数与我国夏季气温异常有很好的对应关系。

1.5 水汽场类

梁 萍等[15]在讨论水气输送的气候特征及逐候演变的基础上，用整层积分的经向水气输送定义了一个副热带夏季风指数。文中采用东亚副热带区域南北两侧经向水汽输送的差异来表征副热带地区的水汽辐合，可较好地表征副热带夏季风环流。

1.6 综合类

综合类季风指数是综合2种或2种以上要素来表征季风特征的指数，可以更系统地表征东亚季风复杂的特征。但受限于目前的研究认识，将哪几个要素结合起来作为表征因素更合适尚不明确，还有待进一步研究。祝从文、何金海和吴国雄[16]结合东亚热带和副热带季风的双重特性，综合东西向海平面气压差与低纬度高、低层纬向风切变，对东亚季风指数进行了定义，对东亚冬、夏季风变化进行了较好的反映。其中，夏季风指数年际异常对西太平洋副热带高压南北位置变化和长江中下游旱涝具有较强的反映能力。周 兵等[17]综合风场与OLR，对副热带夏季风指数进行了定义，确定了副热带季风的对流强度，并指出东亚副热带季风指数与西太平洋副热带高压及长江中下游降水密切相关。该季风指数可以较好地刻划东亚夏季风强度。琚建华、钱诚和曹杰[18]也将风场与OLR相结合，从热带和副热带季风的联系和区别着手，定义了副热带夏季风指数MI。该指数能很好地反应风场、高度场和降水的特征，能很好地描述我国长江中下游地区夏季降水的变化特征。晏红明、周文和杨 辉等[19]综合地面温度、海平面海陆气压差和500 hPa高度等因素，对一个东亚冬季风指数进行了定义。分析得出，该指数表征的东亚冬季风有明显的QTO和QFO周期振荡特征，并且冬季风强度决定振荡特征显著程度，一般成正比关系，同时能有效地表征东亚冬季风活动的不同方面。

2 东亚季风指数具体定义方法

2.1 气压场类定义方法

郭其蕴取北纬10°～50°范围内，每10°纬圈上东经110°减东经160°之前的气压差值小于等于-5 hPa的所有数值的和代表夏季风强度。用所得结果与多年平均求比值，得出夏季风强度指数，记作SMI。比值越大说明夏季风越强。

施能对郭其蕴的方法进行了改进，并对其进行了一次标准化处理，即：

赵平的方法类似于郭其蕴和施能的定义，首先对海平面气压进行标准化，然后沿着东经110°，北纬40°～50°平均的标准化气压来代表蒙古低压的变化特征，而用延着东经160°，北纬30°～40°平均的标准化气压来表示西太平洋副热带高压脊的变化特征，最后用东经160°的平均值减去东经110°的平均值，即得到东亚副热带夏季风强度指数。

2.2 风场类定义方法

乔云亭、陈烈庭和张庆云首先设西南风（u>0，v>0）、东南风（u<0，v>0）和偏北风（v<0），考虑面积和强度2个因素定义了如下6个季风特征指数。

西南季风面积（ASW）和强度（ISW）指数：

ASW=nSW /N，ISW=∑uSW /nSW

东南季风面积（ASE）和强度（ISE）指数：

ASE=nSE /N，ISE=∑uSE /nSE

偏北季风面积（AN）和强度（IN）指数：

AN=nN /N，IN=∑uN /nN

其中，nSW、nSE、nN分别为850 hPa定义范围内西南风、东南风和北风的网格点数；uSW、uSE和uN为西南风、东南风和北风格点的风速；N为定义范围内总的网格点数。

张庆云、陶诗言和陈烈庭将东亚热带季风槽区与东亚副热带地区6—8月平均850 hPa风场的纬向风距平差定义为东亚夏季风指数（EASMI）：

ZTCI=U′850（10～20°N，100～150°E）-U′850（25～35°N，100～150°E）

陈文根据风场情况定义的指数计算公式为V10 m（25～40°N，120～140°E）+V10 m（10～25°N，110～130°E），即以上2个区域平均值之和。

朱艳峰定义的冬季风指数的计算方法如下：

IEAWM=U500（25～35°N，80～120°E）-U500（50～60°N，80～120°E）

其中U500（25～35°N，80～120°E）为北纬25°～35°，东经80°～120°范围内500 hPa纬向风的平均值，U500（50°～60°N，80°～120°E）为北纬50°～60°，东经80°～120°范围内500 hPa纬向风的平均值。计算得到的IEAWM经过标准化处理。

2.3 环流场类定义方法

黄刚严、中伟对指数IEAP的具体定义方法如下：

IEAP=Nor[-0.25Z′S（20°N，125°E）+0.50Z ′S（40°N，125°E）-0.25Z ′S（60°N，125°E）]

其中Z ′为距平（Z为某年夏季该点500 hPa位势高度），Z ′S=Z ′sin 45°/sinφ，φ为纬度，Nor（X）为对X进行标准化处理。

崔晓鹏和孙照渤参照东亚大槽的位置，选定东经110°～130°，北纬35°～40°区域，对高度场资料进行标准化，求得区域平均值，再经过标准化后为东亚冬季风强度指数，记为H50。

何卷雄、张东凌和曾庆存将大气分为上、下层，定义动量输送如下：

式中，S为计算区域；g为重力加速度；p为气压（hPa）；[a]为速度矢量在某方向的投影，并沿某气压面区域S上的平均面积。I1和I2分别表示上下层动量输送。忽略垂直速度的贡献量，即可到该区域沿该环路（经圈或维圈）的动量环流强度，即za=I1-I2。若取a=u，即za表示纬向环流圈的强度，a=v时，za表示经向环流圈的强度。将经向和纬向环流联合考虑即可获得季风强度变化的概貌。

2.4 温度场类定义方法

孙秀荣等用东亚季风区（北纬27°～35°，东经105°以东的大陆）范围内的地温（TEC）和副热带西北太平洋（北纬15°～30°，东经120°～150°）的海表温度（SSTSTNWP）之差表示东西向海陆热力差，用华南地区（北纬27°以南，东经105°以东的大陆）的地温（TSC）和南海（东经105°～120°，北纬5°～18°）海表温度（SSTSCS）之差表示南北向海陆热力差，从而定义了一个东亚海陆热力差指数（LSTD）：

LSTD=（TEC-SSTSTNWP）×0.8+（TSC-SSTSCS）×0.2

2.5 水汽场类定义方法

梁 萍等用华南的整层积分经向水汽输送距平（ΔVQSC）表示来自长江中下游南侧的异常，用华北的整层积分经向水汽输送距平（ΔVQNC）表示来自长江中下游北侧的异常水汽输送。二者的差异定义为东亚副热带夏季风指数ESMI=ΔVQSC-ΔVQNC。其中，Δ表示区域平均；用范围（北纬22.5°～27.5°，东经105°～120°）表示华南（SC）；用范围（北纬35°～40°，东经105°～115°）表示华北（NC）。

2.6 综合类定义方法

祝从文、何金海和吴国雄综合反映不同方向热力差异的季风指数，参考前人经验，将北纬0°～10°，东经100°～130°区域的850 hPa和200 hPa的纬向风切变和北纬10°～50°内各纬度上月均东经160°海平面气压与东经110°海平面气压之差进行归一化处理，以经过标准化的2个指数之和表示东亚特殊的海陆热力对比对东亚季风的影响，称为东亚季风指数（简称EAMI），其值若大于0说明夏季风（西南风）占优，小于0则说明冬季风（东北风）占优。

周兵、何金海和吴国雄将东亚西风环流指数IEW定义为北纬25°～35°，东经100°～125°平均的纬向风垂直切变；东亚南风环流指数IES定义为北纬10°～25°，东经100°～125°区域的平均经向风垂直切变。IEW=u850-u200，在北纬25°～35°，东经100°～125°；IES=u850-u200，在北纬10°～25°，东经100°～125°。

琚建华、钱诚和曹杰把动力学和热力学2种因素相结合，将东亚季风区内各格点上经过标准化处理的西南风与OLR之差定义为东亚夏季风指数（MI）：

其中θsw和θOLR分别为Vsw和OLR的标准差。计算区域（北纬22.5°～32.5°，东经112.5°～135.0°）平均MI后构造成东亚副热带夏季风指数（EASMI）。

晏红明、周文、杨辉和蔡云定义了地面温度指数IAIR995，经向风指数IV995、IV1000和IV850，海平面气压指数I1SLP995、I2SLP995和I3SLP995，500 hPa大气环流指数IH500，纬向风切变指数IU300这5个指数。再计算各指数之前的相关系数。由于IH500和I2SLP995之间的相关性未通过95%的信度检验，与其他要素指数之间的相关性也较差；I1SLP995与其他要素指数之间的相关性比较好。因此，IH500在表征东亚冬季风时有一定的独立性，而I1SLP995在表征东亚冬季风时具有很好的代表性。此外，东亚冬季风既有动力学特征又有热力学特征，而地面温度可表征热力学特征，因此选取代表性较好的I1SLP995、具有一定独立性的IH500和反应冬季风活动热力学特征的IAIR9953来综合定义东亚冬季风强度，即：

3 结语

本文总结了东亚季风的不同定义方法，然而东亚季风包括东亚东季风和东亚夏季风，本文兼顾二者进行总结，主要目的是总结不同要素场在描述季风时的差别。当然，在进行气候变化、气候监测业务时，冬季风和夏季风应该分别分析。冬季风的定义同样多种多样，指出了具体哪个指数适合描述哪个区域的气候要素值得分析。此外，关于夏季风的定义，前人大多针对南方的降水进行，然而对于北方地区（如东北地区）的降水应该如何定义一个合适的夏季风指数也是有待今后重点分析的内容。

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