東亞夏季風(fēng)指數(shù)的分類及物理特征分析

陳海山 陳健康

摘要利用1961-2010年NCEP再分析資料，分析了較有代表性的16個東亞夏季風(fēng)指數(shù)，討論了不同季風(fēng)指數(shù)反映的環(huán)流及降水之間的異同，探討了不同季風(fēng)指數(shù)與東亞夏季風(fēng)不同空間模態(tài)之間的可能關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明，東亞夏季風(fēng)指數(shù)大致分為兩類：1）第一類季風(fēng)指數(shù)存在明顯的年代際變化，反映了東亞夏季風(fēng)強弱的整體一致型變化，與東亞夏季風(fēng)環(huán)流第一模態(tài)具有很好的對應(yīng)關(guān)系。高指數(shù)年，整個東亞區(qū)域夏季風(fēng)活動整體偏強；貝加爾湖地區(qū)為深厚氣旋性環(huán)流控制，副高位置略偏北；華北、東北地區(qū)降水顯著偏多，長江流域及其以南降水偏少，降水異常型與我國夏季偶極型季風(fēng)降水相似，這類指數(shù)對我國華北地區(qū)降水有較好的指示作用。2）第二類季風(fēng)指數(shù)具有明顯的年際變化特征，反映的是東亞夏季風(fēng)強弱的南北反相變化，與東亞夏季風(fēng)環(huán)流第二模態(tài)相對應(yīng)。高指數(shù)年，我國東南地區(qū)夏季風(fēng)偏弱，東北部夏季風(fēng)偏強；西北太平洋為深厚的氣旋性距平環(huán)流控制，副高偏北，該分布型與東亞一太平洋（EAP）遙相關(guān)十分相似；我國東北、內(nèi)蒙古地區(qū)，華南地區(qū)降水增多，長江流域降水顯著減少，降水異常型與我國夏季三極型季風(fēng)降水異常型相似，這類指數(shù)對我國長江流域降水有較好的指示作用。

關(guān)鍵詞東亞夏季風(fēng)指數(shù)；空間多模態(tài)；大氣環(huán)流異常；夏季降水；分類討論

我國地處東亞季風(fēng)區(qū)，具有典型的季風(fēng)氣候。季風(fēng)年際變率很大，導(dǎo)致我國旱澇災(zāi)害頻發(fā)。為了研究東亞夏季風(fēng)變化規(guī)律，定義一個能準(zhǔn)確衡量東亞夏季風(fēng)強弱的指標(biāo)是必不可少的。然而，東亞季風(fēng)系統(tǒng)是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)，包含了南海和西太平洋熱帶季風(fēng)以及東亞副熱帶季風(fēng)（Tao and Chen，1987）；東亞季風(fēng)不僅受低緯西太平洋、印度洋的影響，還受到青藏高原以及中高緯陸面因子的影響，同時各個系統(tǒng)成員間存在相互作用和制約（涂長望和黃士松，1944；陶詩言等，1958；Ding，1992；黃榮輝等，1999a；Huang et a1，2003）。因此，很難用單一的指數(shù)來全面地描述東亞夏季風(fēng)的強弱變化。

許多學(xué)者從不同角度，選用不同氣象要素，定義了不同的東亞夏季風(fēng)強度指數(shù)。郭其蘊（1983）從季風(fēng)成因考慮，利用東西海平面氣壓差定義了一個季風(fēng)強度指數(shù)，能等（1996）在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，定義了一個新的季風(fēng)指數(shù)。有學(xué)者則采用500hPa位勢高度要素場定義季風(fēng)強度指數(shù)（黃剛和嚴(yán)中偉，1999；彭加毅等，2000）。由于南海季風(fēng)爆發(fā)的早晚對東亞夏季風(fēng)北進(jìn)和強度有重要影響，一些學(xué)者定義了南海季風(fēng)爆發(fā)指數(shù)，該指數(shù)對長江流域降水有較好指示作用（何敏等，2001；Wu and Liang，2001）。也有學(xué)者用低層風(fēng)場南北切變定義了季風(fēng)強度指數(shù)（Wu and Ni，1997；Wang and Fan，1999；張慶云等，2003）。此外，孫秀榮等（2002）從東西及南北海陸熱力出發(fā)定義了季風(fēng)強度指數(shù)。由于東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，這些從不同角度構(gòu)造的東亞夏季風(fēng)強度指數(shù)只能較好地描述季風(fēng)某方面的特征，且各個指數(shù)之間差異較大，對環(huán)流場以及降水場的反映也有顯著差異。

雖然東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)十分復(fù)雜，但是該系統(tǒng)的不同分量的變化也不是完全獨立地，存在一定的協(xié)同性。那么，反映東亞夏季風(fēng)強度的各個指數(shù)問是否存在一定的關(guān)系呢？Wang et al.（2008）對現(xiàn)存的東亞夏季風(fēng)進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，并基于多變量正交函數(shù)（MV-EOF）分解得到的東亞夏季風(fēng)主模態(tài)對季風(fēng)指數(shù)進(jìn)行了分類。但是，他們更多地關(guān)注的是與第一模態(tài)高度相關(guān)的東亞夏季風(fēng)指數(shù)，該類指數(shù)更多地反映的是熱帶地區(qū)的環(huán)流特征，年際變化明顯。最近的研究表明，東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)具有明顯的空間多模態(tài)特征（Wu et al.，2008；徐艷紅等，2013；黃燕玲等，2015），該系統(tǒng)不僅有明顯的年際變化，而且還表現(xiàn)出明顯的年代際變化。

為了更深入理解不同季風(fēng)指數(shù)的物理實質(zhì)，本文在Wang et al.（2008）的基礎(chǔ)上，選取更長的時間尺度，深入比較了較有代表性的東亞夏季風(fēng)強度指數(shù)，并分析不同季風(fēng)指數(shù)與東亞夏季風(fēng)不同空間模態(tài)之間的關(guān)聯(lián)，以此來探討這些指數(shù)反映的物理本質(zhì)、環(huán)流本質(zhì)的異同，更全面地分析東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)的環(huán)流特征。

1資料和方法

所用的資料為NCEP/NCAR逐月再分析資料，資料長度1961-2010年共50 a。包括風(fēng)場、氣溫場、高度場、地表溫度（skin temperature）和海溫（SST）。此外，降水資料取自中國氣象局國家氣象信息中心提供的753個常規(guī)氣象臺站的逐日降水資料，剔除缺測，處理后為391站逐月資料，長度為1961-2010年。

本文首先計算了16個東亞夏季風(fēng)指數(shù)，然后采用相關(guān)分析、回歸分析、t檢驗、擴展經(jīng)驗正交函數(shù)（EEOF）分解等方法對這些指數(shù)進(jìn)行分析。

2東亞夏季風(fēng)強度指數(shù)的比較分析

Wang et al.（2008）對較有代表性的25個東亞夏季風(fēng)指數(shù)做了系統(tǒng)地總結(jié)，根據(jù)定義出發(fā)點不同大致分為5類，分別為東西海陸熱力差異定義的指數(shù)、南北海陸熱力差異定義的指數(shù)、低層風(fēng)場南北切變定義的指數(shù)、低層風(fēng)場定義的指數(shù)以及南海季風(fēng)指數(shù)，除了孫秀榮等（2002）定義的一個季風(fēng)指數(shù)外，這些指數(shù)基本涵蓋了目前較有代表性的季風(fēng)指數(shù)。值得注意的是，南北熱力差異指數(shù)和南海季風(fēng)指數(shù)反映的都是南海季風(fēng)爆發(fā)日期及強弱，不是直觀意義上的東亞夏季風(fēng)強度指數(shù)，但是由于南海季風(fēng)爆發(fā)的早晚對東亞夏季風(fēng)強度有一定影響，因而該類指數(shù)對東亞夏季風(fēng)的強弱、長江流域夏季降水有一定指示作用（何敏等，2001；Wu and Liang，2001），因此Wang et al.（2008）也把這類指數(shù)看作東亞夏季風(fēng)強度指數(shù)進(jìn)行了分析，對于該類指數(shù)，本文只采用了兩個具有代表性的指數(shù)來進(jìn)行分析。Lau（2000）提出，最佳的季風(fēng)指數(shù)使用的氣象要素力求簡單，所以對于那些定義時使用的氣象要素較為復(fù)雜的東亞季風(fēng)指數(shù)，本文不予討論。本文根據(jù)定義時所用氣象要素的不同，選擇了16個較為常見的東亞夏季風(fēng)指數(shù)進(jìn)行討論分析，這幾個季風(fēng)指數(shù)基本涵蓋了上述5類季風(fēng)指數(shù)，且所用氣象要素較為簡單。其中3個是用海平面氣壓場定義（郭其蘊，1983；施能等，1996；趙平和周自江，2005）、2個用500 hPa位勢高度定義（黃剛和嚴(yán)中偉，1999；彭加毅等，2000）、2個用850 hPa緯向風(fēng)定義（Wangand Fan，1999；張慶云等，2003）、3個用200 hPa、850hPa層風(fēng)場結(jié)合定義（王啟等，1998；祝從文等，2000；何敏等，2001）、1個用200 hPa緯向風(fēng)定義（Lau，2000）、3個用850 hPa經(jīng)向風(fēng)（Wu and Ni，1997；Wang，2001，2002）定義、1個用850 hPa風(fēng)場定義（Li and Zeng，2002）、1個用地表溫度與海溫相結(jié)合定義（孫秀榮等，2002）。其中，Wang（2001）定義的季風(fēng)指數(shù)與傳統(tǒng)意義上相反，季風(fēng)指數(shù)高年對應(yīng)長江流域降水少。為了與其他季風(fēng)的強弱概念一致，將該指數(shù)乘上負(fù)號。定義這16個東亞夏季風(fēng)強度指數(shù)的學(xué)者、定義方法及相關(guān)說明詳見表1。

表2給出了這16個東亞夏季風(fēng)強度指數(shù)問的相關(guān)系數(shù)，從表中可以看出，不同季風(fēng)指數(shù)間相關(guān)性差異較大，有些指數(shù)間相關(guān)系數(shù)很高，比如SNI、ZCWI，兩個指數(shù)相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.97；也有的指數(shù)間相關(guān)系數(shù)很小，比如GQYI、WFI，兩個指數(shù)間相關(guān)系數(shù)只有0.01。那么，這些指數(shù)問的相關(guān)性存在什么規(guī)律呢？通過進(jìn)一步比較分析，發(fā)現(xiàn)根據(jù)相關(guān)系數(shù)大小可以將這些指數(shù)大致分為兩類，一類為GQYI、SNI、PengI、ZhaoI、ZCWI、WAMI、WHJI，這7個季風(fēng)指數(shù)相互之間相關(guān)系數(shù)很高，任意兩個指數(shù)的相關(guān)系數(shù)都通過99%顯著性檢驗，本文稱第一類東亞夏季風(fēng)指數(shù)；另一類為WQI、HMI、WFI、ZQYI、HGI、LJPI，這6個季風(fēng)指數(shù)相互之間相關(guān)系數(shù)很高，任意兩個指數(shù)問的相關(guān)系數(shù)都通過99%顯著性檢驗，本文稱第二類東亞夏季風(fēng)指數(shù)。這兩類指數(shù)間除了個別指數(shù)外，基本不存在相關(guān)性。LYI、WYFI、SUNI這3個指數(shù)不能分為其中任意一類，但是他們與這兩類指數(shù)間也有一定關(guān)系。比如LYI、WYFI，它與這兩類指數(shù)中部分指數(shù)都存在一定相關(guān)性，但相關(guān)系數(shù)值并不太大；SUNI與第一類指數(shù)相關(guān)性很弱，與大多數(shù)第二類指數(shù)相關(guān)性較強，但是與第二類中HMI、WQI的相關(guān)系數(shù)通不過檢驗，且與WFT、ZQYI之間相關(guān)系數(shù)值并不大，只有0.4左右，本文不歸為第二類季風(fēng)指數(shù)。

圖1a給出了第一類東亞夏季風(fēng)指數(shù)的年際變化曲線，可以看出，這7個季風(fēng)指數(shù)變化曲線基本相似，且存在明顯的年代際變化特征，在1975年左右出現(xiàn)“由正轉(zhuǎn)負(fù)”，表明東亞夏季風(fēng)在20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)年代際減弱。黃榮輝等（2006）、Wang（2001）研究得出，東亞夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)年代際減弱，使得我國夏季降水出現(xiàn)“南澇北旱”現(xiàn)象。該類指數(shù)能較好地反映東亞夏季風(fēng)20世紀(jì)70年代末的年代際減弱情況。圖1b為第二類東亞夏季風(fēng)指數(shù)的年際變化曲線，從圖中來看，這六個季風(fēng)指數(shù)變化曲線基本相似，存在明顯的年際變化，沒有明顯的年代際轉(zhuǎn)折，該類指數(shù)能較好地反映東亞夏季風(fēng)的年際變化特征。

通過以上分析，每類東亞夏季風(fēng)指數(shù)的各個指數(shù)年際曲線基本一致，因此，可以分別計算這兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)中各成員的逐年平均值，得到了兩個指數(shù)序列，用來代表這兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)。代表第一類季風(fēng)指數(shù)的指數(shù)序列與GQYI、SNI、PengI、ZhaoI、ZCWI、WAMI、WHJI的相關(guān)系數(shù)值分別為0.96、0.98、0.87、0.88、0.96、0.77、0.92；代表第二類季風(fēng)指數(shù)的指數(shù)序列與WQI、HMI、WFI、ZQYI、HGI、LJPI的相關(guān)系數(shù)值分別為0.9、0.9l、0.94、0.91、0.66、0.93。因此，這兩個指數(shù)序列可用來代表這兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)，圖1c給出了代表這兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)的時間序列。計算發(fā)現(xiàn)，兩類季風(fēng)指數(shù)的相關(guān)系數(shù)僅為0.12，未通過95%顯著性檢驗。

3兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)反映的大氣環(huán)流及我國夏季降水特征

3.1兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)反映的大氣環(huán)流特征

季風(fēng)是指近地面層冬夏盛行風(fēng)向接近相反且氣候特征明顯不同的現(xiàn)象，季風(fēng)環(huán)流變化的核心是低層風(fēng)向的季節(jié)性轉(zhuǎn)變，低層風(fēng)場可以更好地、更直觀地反映季風(fēng)的異?；顒?。為此，需要分別認(rèn)識兩類季風(fēng)指數(shù)強弱年，東亞區(qū)域夏季（JJA）近地面風(fēng)場特征。

圖2給出了兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)與東亞區(qū)域夏季850 hPa風(fēng)場的回歸系數(shù)分布。圖2a為東亞區(qū)域夏季850 hPa風(fēng)場對第一類夏季風(fēng)指數(shù)的回歸系數(shù)分布，從圖中可以清楚地看出，高指數(shù)年，環(huán)貝加爾湖地區(qū)為一異常氣旋性環(huán)流控制，我國東部沿海、東北至朝鮮半島盛行西南和東南風(fēng)，整個東亞區(qū)域夏季風(fēng)活動整體偏強。反之，東亞夏季風(fēng)整體偏弱，環(huán)貝加爾湖地區(qū)為反氣旋環(huán)流控制。

圖2b給出了東亞區(qū)域夏季850 hPa風(fēng)場對第二類東亞夏季風(fēng)指數(shù)的回歸系數(shù)分布，從圖中可以看出，高指數(shù)年，從南往北呈現(xiàn)出經(jīng)向三極型環(huán)流結(jié)構(gòu)，西北太平洋、我國南海、東南沿海為異常氣旋性環(huán)流控制，華北、東北以及朝鮮半島受異常反氣旋環(huán)流控制，再往北在鄂霍次克海附近又變成異常氣旋性環(huán)流。我國東南部30°N以南受異常偏北氣流控制，夏季風(fēng)偏弱，30°N以北的華北和東北地區(qū)受異常偏南氣流控制，夏季風(fēng)偏強。

綜上，兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)對低層風(fēng)場的反映差異較大。第一類季風(fēng)指數(shù)體現(xiàn)的是東亞夏季風(fēng)強弱的整體一致型變化。對應(yīng)高指數(shù)年，整個東亞區(qū)域受西南風(fēng)控制，夏季風(fēng)整體偏強；第二類季風(fēng)指數(shù)體現(xiàn)的是東亞夏季風(fēng)強弱的南北反相變化。對應(yīng)高指數(shù)年，東亞大陸東南部30°N以南受偏北氣流控制，夏季風(fēng)偏弱，30°N以北的華北和東北地區(qū)受偏南氣流控制，夏季風(fēng)偏強。

為了進(jìn)一步認(rèn)識與兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)相聯(lián)系的大氣環(huán)流異常，本文計算了兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)與夏季各層位勢高度場的回歸系數(shù)分布。圖3給出了兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)與夏季500 hPa位勢高度的回歸系數(shù)分布。

圖3a為夏季500 hPa位勢高度場對第一類東亞夏季風(fēng)指數(shù)的回歸系數(shù)分布，從圖中可以看出，東亞大陸基本為顯著的負(fù)值分布，中心位于貝加爾湖地區(qū)，日本海附近為正值區(qū)域，但是并不顯著，未通過顯著性檢驗，這種分布型從500 hPa一直延伸至近地面層，靠近低層大陸區(qū)域的負(fù)值區(qū)范圍有所縮小，位于環(huán)貝加爾湖地區(qū)（圖略）。對應(yīng)高指數(shù)年，環(huán)貝加爾湖地區(qū)受深厚的異常氣旋性環(huán)流控制，副高略有偏北，這種形式有利于夏季風(fēng)的北進(jìn)，季風(fēng)整體偏北、偏強。徐康等（2011）研究得出，環(huán)貝加爾湖地區(qū)地表氣溫持續(xù)增暖使得該地區(qū)易維持暖性反氣旋環(huán)流，導(dǎo)致中國東部地區(qū)（110～120°E）受偏北氣流控制，東亞夏季風(fēng)偏弱。因此，這類夏季風(fēng)指數(shù)可能反映的是貝加爾湖地區(qū)異常氣旋性（反氣旋性）環(huán)流、副高位置南北偏移引起的東亞夏季風(fēng)強弱變化，關(guān)鍵系統(tǒng)是貝加爾湖附近的異常氣旋性（反氣旋性）環(huán)流，副高的南北位置也有一定作用。

圖3b給出了夏季500 hPa位勢高度場對第二--類東亞夏季風(fēng)指數(shù)的回歸系數(shù)分布。由圖可見，自西北太平洋經(jīng)日本海到鄂霍次克海呈現(xiàn)“-+-”的經(jīng)向分布，該分布型與Nitta（1987）、黃榮輝和李維京（1988）提出的東亞一太平洋（EAP）經(jīng)向遙相關(guān)波列十分相似，這種分布型從500 hPa一直延伸至近地面層（圖略）。對應(yīng)高指數(shù)年，西北太平洋為深厚的氣旋性距平環(huán)流控制，副高偏北。東亞大陸30°N以南受異常氣旋性環(huán)流西部的偏北氣流控制，夏季風(fēng)偏弱，我國華北、東北地區(qū)受副高西南部偏南氣流影響，夏季風(fēng)偏強。因此，這類夏季風(fēng)指數(shù)可能反映的是西北太平洋地區(qū)異常氣旋（反氣旋）性環(huán)流通過經(jīng)向傳播引起副高南北移動，從而造成的東亞夏季風(fēng)強弱變化。

3.2兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)反映的我國夏季降水特征

圖4a為我國東部夏季降水對第一類東亞夏季風(fēng)指數(shù)的回歸系數(shù)分布，可以看出，華北和東北區(qū)域呈現(xiàn)顯著正值分布，長江流域及其以南為負(fù)值區(qū)域，我國東部地區(qū)夏季降水呈南北反相變化特征。黃榮輝等（2011）、丁一匯等（2013）研究指出，東亞夏季風(fēng)產(chǎn)生的兩種主要降水模態(tài)分別是三極型和偶極型季風(fēng)降雨異常型。這類指數(shù)反映的降水異常分布型與偶極性降水異常型相似。高指數(shù)年，華北、東北地區(qū)降水偏多，長江流域及其以南降水減少，降水異常顯著區(qū)域為華北地區(qū)。黃榮輝等（1999a，1999b）、Huang（2001）從觀測事實和再分析資料的分析結(jié)果提出，EASM系統(tǒng)在1976年前后發(fā)生一次明顯的年代際變化，該變化在我國華北地區(qū)尤其明顯，華北區(qū)域從20世紀(jì)70年代末開始出現(xiàn)嚴(yán)重干旱。這類指數(shù)在1975年左右出現(xiàn)明顯的“由正轉(zhuǎn)負(fù)”的年代際轉(zhuǎn)折，因此，這類指數(shù)反映的結(jié)果與上述黃榮輝等的結(jié)論一致。

圖4b為我國東部夏季降水對第二類東亞夏季風(fēng)指數(shù)的回歸系數(shù)分布，可以看出，東北、內(nèi)蒙古地區(qū)為正相關(guān)，華南地區(qū)為正值區(qū)，長江中下游地區(qū)為顯著負(fù)值區(qū)，這種分布型與三極型降水異常型相似，降水異常的顯著區(qū)域位于長江中下游地區(qū)，通過95%置信水平檢驗。高指數(shù)年，我國東北、內(nèi)蒙古地區(qū)，華南地區(qū)降水增多，長江流域降水顯著減少。

3.3兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)對我國夏季降水的反映能力

Goswami et al.（1999）指出，一個好的季風(fēng)指數(shù)應(yīng)該對當(dāng)?shù)氐慕邓休^好的反映。根據(jù)之前的結(jié)論，第一類季風(fēng)指數(shù)反映的是我國東部夏季降水的偶極型模態(tài)，對華北區(qū)域夏季降水有較好的反映；第二類季風(fēng)指數(shù)反映的是我國東部夏季降水的三極型模態(tài)，對長江中下游夏季降水有較好的反映。那么，第一類指數(shù)中哪些對華北區(qū)域夏季降水的反映更好呢？第二類指數(shù)中哪些對長江中下游區(qū)域夏季降水的反映更好呢？

選?。?10～130°E，35～48°N）區(qū)域內(nèi)的站點代表我國華北區(qū)域以及東北區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)夏季降水與第一類指數(shù)中的GQYI、SNI、PengI、ZhaoI、ZCWI、WAMI、WHJI的相關(guān)系數(shù)依次為0.41、0.38、0.37、0.33、0.39、0.37、0.54，都通過95%置信水平檢驗。從中可以發(fā)現(xiàn)，WHJI對華北、東北區(qū)域降水反映最好。從圖1來看，該指數(shù)在1975年左右發(fā)生明顯年代際轉(zhuǎn)折，且定義的物理意義明確，所用要素簡單，因此，本文認(rèn)為該指數(shù)是第一類季風(fēng)指數(shù)的代表，研究東亞夏季風(fēng)70年代末的年代際轉(zhuǎn)折及對華北地區(qū)降水時用WHJI效果較好。

選?。?05～130°E，28～32°N）區(qū)域內(nèi)的站點代表我國長江中下游區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)夏季降水與WQI、HMI、WFI、ZQYI、HGI、LJPI的相關(guān)系數(shù)依次為-0.42、-0.53、0.55、-0.51、-0.50、-0.56?？梢钥吹?，除了WQI以外，其余五個指數(shù)與長江流域的相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.5以上，都有較好的指示作用。其中LJPI與長江流域降水的相關(guān)性最高，達(dá)到-0.56，WFI與長江流域降水的相關(guān)性也達(dá)到一0.55。根據(jù)“九五”重中之重項目執(zhí)行專家組劃分的嚴(yán)重旱澇年標(biāo)準(zhǔn)，1961-1997年問長江流域共發(fā)生10次嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，分別為1962、1969、1977、1980、1983、1989、1991、1993、1995和1996年。其中7次（1969、1977、1980、1983、1993、1995和1996年）發(fā)生在WFI低值年，8次（1969、1977、1980、1983、1989、1993、1995和1996年）發(fā)生在LJPI低值年。共發(fā)生5次嚴(yán)重旱澇災(zāi)害，分別為1961、1966、1967、1978和1985年。其中4次（1961、1967、1978和1985年）兩個季風(fēng)指數(shù)都是高值年。因此，這兩個指數(shù)對長江流域降水反映能力差不多，都較好。而且，兩個季風(fēng)指數(shù)的相關(guān)性高達(dá)0.86。因此，本文認(rèn)為，這兩個指數(shù)同為第二類指數(shù)的代表，研究東亞夏季風(fēng)年際變化及對長江中下游流域降水時用WFI、LJPI較好。

3.4兩類東亞夏季風(fēng)指數(shù)與東亞夏季風(fēng)不同模態(tài)的關(guān)系

研究（Wu et a1，2008；徐艷紅等，2013；黃燕玲等，2015）發(fā)現(xiàn)，東亞夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)存在多模態(tài)特征。那么，這兩類指數(shù)反映的環(huán)流型與東亞夏季風(fēng)的多模態(tài)之間是怎樣的關(guān)系呢？

利用NCEP/NCAR再分析資料，采用擴展經(jīng)驗正交函數(shù)（EEOF）分解方法，對1961-2010年東亞季風(fēng)區(qū)（100～140°E，10-60°N）低層（850 hPa）風(fēng)場進(jìn)行了分解，結(jié)果表明前三個模態(tài)的方差貢獻(xiàn)依次為24.35%、14.79%、8.99%。根據(jù)North et a1.（1982）提出的顯著性檢驗誤差范圍，前兩個模態(tài)是可分離的、有價值的信號。圖5給出了這兩個模態(tài)的空間分布和時間系數(shù)序列，可見，與第一類季風(fēng)指數(shù)相聯(lián)系的低層風(fēng)場與第一模態(tài)空間分布非常相似，與第二類季風(fēng)指數(shù)相聯(lián)系的低層風(fēng)場與第二模態(tài)空問分布非常相似。第一模態(tài)時間系數(shù)（pcl）年際曲線與第一類季風(fēng)指數(shù)基本一致，第二模態(tài)時間系數(shù)（pc2）年際曲線與第二類季風(fēng)指數(shù)基本一致。進(jìn)一步計算了這兩個模態(tài)時間系數(shù)與兩類季風(fēng)指數(shù)的相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)第一類季風(fēng)指數(shù)GQYI、SNI、PengI、ZhaoI、ZCWI、WAMI、WHJI與第一模態(tài)時間系數(shù)相關(guān)系數(shù)值分別為0.91、0.87、0.79、0.72、0.89、0.78、0.94，相關(guān)性通過99%置信水平檢驗；第二類季風(fēng)指數(shù)WQi、HMI、WFI、ZQYi、HGI、LJPI與第二模態(tài)時間系數(shù)相關(guān)系數(shù)值分別為0.73、0.77、0.95、0.91、0.61、0.88，相關(guān)性通過99%置信水平檢驗。綜上，這兩類指數(shù)分別反映的可能就是這兩個主模態(tài)。

4結(jié)論和討論

通過以上分析，本文發(fā)現(xiàn)東亞夏季風(fēng)指數(shù)大致分為兩類，這兩類指數(shù)反映的環(huán)流、降水特征明顯，差異較大。

1）根據(jù)相關(guān)程度將夏季風(fēng)指數(shù)大致分為兩類，一類為GQYI、SNI、PengI、ZhaoI、ZCWI、WAMI、WHJI，稱第一類東亞夏季風(fēng)指數(shù)；另一類為WQI、HMI、WFI、ZQYI、HGI、LJPI，稱第二類東亞夏季風(fēng)指數(shù)，兩類季風(fēng)指數(shù)間基本不存在相關(guān)性。第一類季風(fēng)指數(shù)存在明顯的年代際變化特征，在1975年左右出現(xiàn)“由正轉(zhuǎn)負(fù)”，該類指數(shù)能較好地反映東亞夏季風(fēng)20世紀(jì)70年代末的年代際減弱情況。第二類季風(fēng)指數(shù)具有明顯的年際變化特征，不存在年代際轉(zhuǎn)折，該類指數(shù)能較好地反映東亞夏季風(fēng)的年際變化情況。

2）第一類季風(fēng)指數(shù)反映的是東亞夏季風(fēng)強弱的整體一致型變化，反映了東亞夏季風(fēng)第一模態(tài)。對應(yīng)高指數(shù)年，我國東部沿海、東北至朝鮮半島盛行西南和東南風(fēng)，整個東亞區(qū)域夏季風(fēng)活動整體偏強。貝加爾湖地區(qū)為一深厚氣旋性環(huán)流控制，副高略有偏北。在降水方面，華北、東北地區(qū)降水顯著偏多，長江流域及其以南降水偏少，降水異常型與我國夏季偶極型季風(fēng)降水異常型相似。這類季風(fēng)指數(shù)可能反映的是貝加爾湖地區(qū)異常氣旋性（反氣旋性）環(huán)流、副高位置南北偏移引起的東亞夏季風(fēng)強弱變化，關(guān)鍵系統(tǒng)是貝加爾湖附近的異常氣旋性（反氣旋性）環(huán)流，對華北地區(qū)降水有較好的指示作用。

3）第二類季風(fēng)指數(shù)反映的是東亞夏季風(fēng)強弱的南北反相型變化，反映了東亞夏季風(fēng)第二模態(tài)。對應(yīng)高指數(shù)年，東亞大陸30°N以南受偏北氣流控制，夏季風(fēng)偏弱，30°N以北的華北和東北地區(qū)受西南氣流控制，夏季風(fēng)偏強。西北太平洋為深厚的氣旋性距平環(huán)流控制，副高偏北，該分布型與東亞一太平洋（EAP）遙相關(guān)十分相似。在降水方面，我國東北、內(nèi)蒙古地區(qū)，華南地區(qū)降水增多，長江流域降水顯著減少，降水異常型與我國夏季三極型季風(fēng)降水異常型相似。這類季風(fēng)指數(shù)可能反映的是西北太平洋地區(qū)異常氣旋（反氣旋）性環(huán)流通過經(jīng)向傳播引起副高南北移動，從而造成的東亞夏季風(fēng)強弱變化，對長江流域降水有較好的指示作用。

這兩個主模態(tài)的外強迫因子是什么？還需進(jìn)一步的研究。同時，這兩個主模態(tài)方差貢獻(xiàn)依次為24.35%、14.79%，總共只能解釋39.14%的東亞夏季風(fēng)變化情況，這也說明了東亞夏季風(fēng)和本身的復(fù)雜性。此外，不同研究時段給出的東亞夏季風(fēng)的年代際變化和多模態(tài)特征可能會存在一定差異，這需要在研究中加以注意！