近日，物理海洋教育部重点实验室在Climate Dynamics期刊发表题为“Novel monsoon indices based on vector projection and directed angle for measuring the East Asian summer monsoon”（《基于矢量投影与有向角的东亚夏季风新指数》）的最新研究成果。研究提出了统一的季风坐标系框架，从季风矢量投影（MVP）和有向角(DA)两个新的角度定义了描述东亚夏季风（EASM）变率的新指数，在刻画东亚梅雨带（中国梅雨–韩国Changma–日本Baiu）及相关环流特征方面显著优于已有指数。同时，创新性提出Rossby波射线通量（WRF），作为诊断Rossby波局地活动及传播路径的新工具。该成果由实验室/海洋与大气学院在读硕士生杨艺楠为第一作者，“筑峰人才工程”第一层次李建平教授担任通讯作者合作完成。
EASM是东亚季风系统的重要组成部分，对东亚地区夏季降水变化有显著影响，与区域经济社会发展密切相关。为定量评估EASM变率，探究其与其他气候系统的关系，有必要建立稳健有效的EASM指数。季风区的典型气候特征是盛行风，在不同区域方向不尽相同。尽管季风强度通常与盛行风强度密切相关，但实际风向每年并非完全一致，常偏向盛行风的左侧或右侧，这种偏移现象对季风及降水的年际变化可能具有重要影响，而当前相关研究仍较为薄弱。
基于上述问题，本文引入了季风坐标系的概念，该坐标系以局地为原点O，以气候平均风矢量V ̅的方向为轴定义季风轴τ，与τ正交并指向左侧的方向为n轴，共同构成季风坐标系，从而使不同时间和空间上的季风可比较。基于MVP与DA两种指标定义了新的东亚夏季风指数MVPI与DAI。结果表明，这两个指数在与东亚梅雨带的相关显著性及同号率均优于已有指数，并能更好反映南北降水偶极型结构（图1，2）。
图1. (a) 1951–2023年PIMLYR与五个东亚夏季风指数的相关系数。(b)同(a)，但为同号率（%）。(c1)–(c5) 1951–2023年PIMLYR（紫色虚线，右侧y轴，单位：毫米）与五个东亚夏季风指数（MVPI、DAI、LZI、WFI和ZTCI，柱形，左侧y轴）的时间序列。
图2. (a1)–(a5) 分别为1951–2023年JJA GPCM降水距平与MVPI、DAI、LZI、WFI及ZTCI的相关系数分布图（阴影表示相关系数）。斜线区域表示基于Student’s t检验通过95%置信水平的显著性区域。(b1)–(b5)与(c1)–(c5)同(a1)–(a5)，但分别对应JJA GPCC和CMAP降水距平。
研究进一步分析了以MVPI划分的强、弱EASM年的典型特征。强（弱）EASM年期间，DA在东亚梅雨带形成异常气旋式（反气旋式）切变，导致该区域出现显著辐合区（辐散区）即梅雨锋异常增强（减弱），对强（弱）降水的形成起到关键作用；同时，东亚梅雨带以北DA呈现明显的右（左）偏结构，削弱（增强）向华北地区的水汽输送，进而造成该地区偏干（偏湿），形成东亚夏季“南涝北旱”雨型。MVPI与DAI之间呈显著正相关（相关系数达0.76）。高MVPI值通常对应梅雨带辐合，高DAI值则量化了切变的贡献，二者共同驱动梅雨锋上气旋性切变及降水的增强，反之亦然。
研究还探讨了驱动EASM的更大尺度环流异常，重点关注西太平洋副热带高压（WPSH）的作用与呈现出的亚印太（IAP）遥相关型。强EASM年WPSH西伸，脊线南移；弱EASM年则东退，脊线北抬。合成环流场清晰指示了IAP遥相关，并通过Rossby波射线、WRF（图3）等得以验证。
图3. (a)、(b) 850 hPa水平Rossby波射线通量（紫色矢量），分别对应强EASM年与弱EASM年，基于5°×5°网格、90天尺度，展示了在水平非均匀流场中波数k=1–7的水平Rossby波射线路径。天蓝色方框表示Rossby波源区。(c)、(d)同(a)、(b)，但为水平Rossby波射线（绿色曲线）。黑点表示Rossby波源点。
上述工作提出的季风坐标系框架具有良好的可扩展性，未来可应用于其他季风区域，以深入理解其变率、时空特征及相关物理机制；新提出的WRF融合了拉格朗日与欧拉视角，既可有效捕捉局地Rossby波活动，又能刻画完整传播路径，是区别于传统波活动通量的突破，在低纬度同样适用，具有广阔的应用前景。本研究由国家自然科学基金项目、崂山实验室科技创新项目、山东省自然科学基金重大基础研究项目及中央高校基本科研业务费专项资金联合资助。
文章引用：
YANG Y. -N., and J. -P. Li*, 2025: Novel Monsoon Indices Based on Vector Projection and Directed Angle for Measuring the East Asian Summer Monsoon. Climate Dynamics, 63, 210, https://doi.org/10.1007/s00382-025-07696-7.