JAMES: 区域冻土建模应注意预热策略的选择
由于区域土壤水热信息的缺乏，在陆面过程模型的应用中，偏微分方程（热传导方程、土壤水运动方程）的求解前所需给定初始条件主要通过预热（spin-up）得到。（模型模拟多年冻土变化所配置的）深层土壤的记忆性使得依赖于建模人员经验选定的预热策略可能为冻土建模带来很大的不确定性。PermaLab团队选用改进的Noah LSM，设计数值实验来评估组成预热策略的预热时长（total spin-up length）和循环年份（cycling scheme）对青藏高原区域多年冻土变化模拟的影响。
实验结果表明：
- 空间上，多年冻土的出现延长了模型收敛的过程。垂直方向上，最缓慢的收敛发生在多年冻土顶板附近。预热时长对土壤温度初始场的影响较小。然而，预热时长对过渡区的高温多年冻土中初始场较小扰动也会在后续的正式模拟中被放大。不同的循环年份对土壤温度初始场有显著的影响，并贯穿整个模拟期（1979-2010）
- 不充分的预热时长将导致对当前多年冻土面积的低估及模拟期退化速率的高估（图1），差异达到3.98×103 km2/a。与此同时，不同循环年份所导致差异达到3.37×103 km2/a（图1）。它们都超过现有不同研究间的差异（2.92×103 km2/a），甚至接近所模拟的退化速率本身的一半。
基于实验结果，我们推荐使用可用驱动数据的最初5至10年至少循环500年以预热应用在青藏高原冻土建模的Noah LSM。500年的预热时长是在计算开销和大多数格网上收敛的一个较好平衡。由于对模拟期初期气候条件的代表性的问题，并不推荐选择单一的循环年份。多年的循环年份是更合适的，但应当避免选择跨度过长的循环年份以免在预热期引入气候变化的趋势。
本研究通过数值实验强调了预热策略对区域多年冻土变化模拟的重要性。所得到的结论可能依赖于所选用的模型和研究区域，值得冻土建模社区在此基础上进一步研究。此外，多年冻土是大气圈-岩石圈-生物圈等多圈层长期相互作用的产物，包括本研究在内的大多数冻土建模所使用的基于平衡态假设的预热方式是无法获取真实的模拟期初期的冻土状态，这值得冻土建模社区进一步关注的。
该工作由南京师范大学联合国家冰川冻土沙漠科学数据中心完成，近期以“On the Spin-up Strategy for Spatial Modeling of Permafrost Dynamics: a Case Study on the Qinghai-Tibet Plateau”为题发表在“Journal of Advances in Modeling Earth Systems”期刊（IF：6.679）上，受国家自然科学基金资助。/文：嵇海龙；核：南卓铜
下载：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021MS002750, Open Access.
引用： Ji H., Nan Z*, Hu J, Zhao Y, Zhang Y, 2022. On the Spin-up Strategy for Spatial Modeling of Permafrost Dynamics: a Case Study on the Qinghai-Tibet Plateau. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 14, e2021MS002750, https://doi.org/10.1029/2021MS002750