《Kuwait Journal of Science》：Determination of monsoon onset over complex topography regions, case study: Celebes Island, Indonesia
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本研究旨在开发并验证一种基于物理过程的方法，用于检测印度尼西亚Celebes Island这一具有复杂地形和多样降雨机制区域的季风爆发时间。所提出的方法整合了局地降雨变率与区域大气环流，以提供更具鲁棒性的爆发定义。研究人员使用Multi-Source Weig
本研究旨在开发并验证一种基于物理过程的方法，用于检测印度尼西亚Celebes Island这一具有复杂地形和多样降雨机制区域的季风爆发时间。所提出的方法整合了局地降雨变率与区域大气环流，以提供更具鲁棒性的爆发定义。研究人员使用Multi-Source Weighted-Ensemble Precipitation version 2（MSWEP-v2）的降雨数据与印度尼西亚气象气候地球物理局（BMKG）的六个站点数据进行验证，结果显示两者具有强一致性（r = 0.65–0.98，p < 0.05）并能可靠表征季节周期。研究应用谐波分析（Harmonic analysis）根据主导降雨周期将该区域划分为五个子区域。季风爆发时间初步使用累积距平（Cumulative Anomaly，CA）法识别，随后利用再分析数据导出的大气水汽源向后轨迹分析（Backward trajectory analysis）进行细化。结果表明，气候平均态爆发发生在11月下旬，空间变率受水汽输送路径和地形条件共同影响。早年和晚年的爆发与来自北部和热带海洋大陆（Maritime Continent）的水汽输送有关，而年中爆发则与南部源区相关联。爆发时间与低层风向的明显逆转相一致，表明非活跃季风阶段向活跃季风阶段的过渡。与传统的基于降雨的方法相比，这种综合方法通过结合局地和大规模过程，提供了在物理上更一致的季风爆发表征。这种改进的表征对于海洋大陆等气候变率复杂区域的季节预报、早期预警系统和气候相关决策具有重要意义。
该研究针对印度尼西亚Celebes Island复杂地形下传统基于降雨量阈值判定季风爆发存在物理过程表征不足的问题，开展了一项融合局地降雨变率与区域大气环流的综合判定方法研究，最终得出该区域气候平均态季风爆发于11月下旬且空间变率受地形与水汽路径调控的结论，对季节预报及气候决策具有重要意义，论文发表在《Kuwait Journal of Science》。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：使用1991至2020年空间分辨率0.1° × 0.1°的MSWEP-v2日值降雨数据集，并利用BMKG六个站点进行验证；应用谐波分析（Harmonic analysis）依据第一与第二谐振幅值比划分年循环与半周年循环主导区并划定五个子区域；采用累积距平（Cumulative Anomaly，CA）法计算日降雨距平累积以识别局地降雨增加起始点并设定±30天窗口；利用Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory（HYSPLIT）模型结合ERA5及NCEP/NCAR的850 hPa风场与比湿数据，进行长达10天的向后轨迹追踪以量化七大域水汽源贡献率（Δq > 0为源，E-P平衡），并通过对比气候态主导源分布与持续性条件判定综合季风爆发日。
3.1. Regional delineation based on harmonic analysis
研究人员通过谐波分析识别MSWEP-v2各格点的主导降雨周期，发现Celebes南部西部第一谐振幅值最高，呈现显著年循环，向赤道方向幅值减弱而半周年循环增强，北部如Toli-Toli、Gorontalo等地半周年主导明显。峰值相位空间分布显示沿海及南部在12月至1月达峰，中央高地因地形抬升响应更早。经对比三、四、五分区方案，确认五分区最能兼顾地形与年中雨季特征，划分为A1（11–12月峰）、A2（1–2月峰）、A3（3–4月峰）、A4（5–6月峰）四个年循环区及S（11–12月与5–6月双峰）半周年循环区。
3.2. Onset criteria for each region
研究人员在各子区设轨迹起点，通过HYSPLIT分析活跃季风期比湿变化与水汽源空间分布。A1、A2、A3及S第二次爆发的主导源为北部海洋大陆（NM）与热带海洋大陆（TM），如A1为NM 57.08%与TM 35.56%；A4及S第一次爆发转为南部海洋大陆（SM）与TM主导，如A4为TM 51.1%与SM 31.48%。据此制定区域判据：TM贡献不超过其他主导源两倍且连续五日以上源分布一致，以此区分大尺度季风输送与局地对流。
3.3. Onset dates in each subregion
研究人员结合CA窗口与区域水汽判据确定各子区爆发日。A1_1与A1_2约11月9日早于A1_3的12月7日，显示近源区更早爆发；A2多在11月下旬至12月中旬；A3在12月上旬至中旬；A4在4月27日至5月7日间，A4_3最早。S区第一次爆发4月25日至5月11日，第二次11月3日至12月8日。年际变率受El Ni?o–Southern Oscillation（ENSO）调制，1998强El Ni?o延迟爆发，2000强La Ni?a提前爆发。部分子区如A4_4与S_3因风场杂乱与水源不稳偶现无法判定。
3.4. Wind contrasts during the active monsoon
研究人员分析850 hPa风玫瑰图与合成风场，活跃季风期A1_3与S第二次爆发以北西北风为主，非活跃期转为东至东南风，显示低层风场逆转。A4_4与S第一次爆发风向分散多变。合成风场显示清晰子区如A1_3在爆发前后由东风逆转为西风，而A4_4与S_3无一致逆转，表明大尺度环流信号弱而局地中尺度过程强，导致区域判据失效。地形高地因地形举升更早响应环流转换。
讨论部分指出Celebes降雨变率与季风爆发受纬度与地形共同调控，南部年循环、赤道半周年循环清晰。谐波分区有效捕捉空间异质性，累积距平结合向后轨迹揭示爆发与海洋大陆水汽源切换紧密关联，早年与晚年源于北部与热带源，年中源于南部源，且与低层风逆转一致。相比纯降雨法，融合局地与大尺度过程更具物理一致性。局限在于验证站点少、格点数据难完全解析次网格地形对流，未来需高分辨率观测与更多站点及动力指数完善。结论强调该方法对海洋大陆季节预报、农业与水资源管理具重要意义。
