Zhuotong Nan's research group
气候变暖和冻土退化加剧了青藏高原生态脆弱性。我们从建模角度出发，利用数值模型模拟了1989—2018青藏高原三江源地区的多年冻土水热状况和净初级生产力(NPP)变化，并设计了一种基于转换时间坐标的新型分析框架，分离出多年冻土退化对生态系统的影响。结果表明，多年冻土多消失在高温干旱的年份；大多数年份中，降水是NPP变化的主要驱动因素，但在多年冻土消失的年份，土壤水分成为驱动NPP变化的关键因素，这种影响在新形成的季节性冻土环境只能持续短暂时间。成果发表在ERL (2024)。
Permalab实验室团队使用此前发表的FROSTNUM/COP方法 (Hu et al. 2020)，以卫星地表温度数据推算得到的地表融化和冻结指数为输入，以小区域冻土类型调查图为约束，模拟得到了一张2010年青藏高原冻土分布图。结果显示：2010年青藏高原地区多年冻土总面积约为108.6万平方千米（占高原总面积的41.2%），季节冻土面积为144.7万平方千米（占总面积的54.9 %)。这张图可以为这些瞬态模型模拟提供空间基准和未来预报的历史基准。
Permalab一行10人对祁连山地区融冻泥流、热融滑塌、冻胀丘等冻融现象及灾害展开为期7天的野外调查。队员们调查了典型冻胀丘和热融洼地、融冻泥流、热融滑塌、高原鼠洞、高原道路工程病害及冰川地区，并参观了中科院祁连站、黑河遥感试验研究站。通过实地调研与考察，不仅加深了对冻融灾害、工程病害的理解，也采集了50多个土壤样本，开展了100多次典型冻土冻融灾害区的航拍任务，取得宝贵的第一手资料。
针对现有陆面过程模型中基质势参数化方案对土壤冰考虑不足的问题，本研究对比分析3种不同程度考虑冰作用的冻结土壤现有基质势方案及1种新发展的方案。4种方案被分别集成进SHAW模型进行模拟。结果表明充分考虑孔隙冰作用的新基质势方案较已有方案具有物理上的优势，建议在陆面过程模型中采用此方案。该工作发表在2023年新一期Water Resources Research上。
基于最新的耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）多模式和多情景的气候输出，利用改进的Noah LSM建模预估了不同共享社会经济路径情景下21世纪青藏高原多年冻土分布及热状况的时空变化。研究表明，青藏高原大部分多年冻土将在21世纪后期发生显著退化，其中三江源地区是未来多年冻土退化的关键区域，其多年冻土极其脆弱，退化发生的最早、亦最严重。该成果近期发表在《Earth's Future》上。自行修改的模型代码与EF论文一起公开发布。
对流传热是控制多年冻土活动层热量交换的重要过程之一，然而对于该过程如何影响多年冻土活动层的热状况尚不清晰。PermaLab团队基于一个耦合了对流传热过程的同步水热耦合模型SHAW，分别构建了充分考虑、部分考虑和完全不考虑对流传热的情景。通过开展情景间的数值模拟与对比，分别量化了地表下渗的对流热和土壤内部水量交换的对流热对活动层热状况的影响。成果发表在The Cryosphere上。
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。我们选用改进的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。结果表明不同预热策略的使用会对结果带来极大的不确定性。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。该工作近期发表在JAMES上。
博士生张国飞作为第一作者，南卓铜教授为通讯作者，在地球科学领域知名期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》上发表题为 “Isolating the contributions of seasonal climate warming to permafrost thermal responses over the Qinghai-Tibet Plateau” 的研究论文，通过情景实验，全面评估了季节性气候变暖对多年冻土的影响，量化了冬季气候变暖和夏季气候变暖对多年冻土热状况的单独贡献，该研究是继先前GRL工作的深入和补充。
20世纪90年代中期以来，青藏高原（QTP）经历了明显的变暖和变湿。QTP的变湿改变了多年冻土区的水热特性，不可避免地影响了多年冻土区的热动力学。这就引发了一个重要的科学问题：变暖与变湿是如何共同影响QTP多年冻土热动力学，以及在这种暖湿背景下变暖与变湿的单独作用又是如何？针对上述科学问题，我们以数值实验为手段，定量研究了气候变暖与变湿对多年冻土热状况的影响。该研究为理解多年冻土对气候变暖和变湿的响应提供了新的视角。论文发表在EPSL期刊上。
2020年6月20日，第二次青藏科考任务九”地质环境与灾害”专题五”冻土冻融灾害及重大冻土工程病害”启动会暨专题研讨会在线举行。包括邀请专家、来自十多家参加单位的项目参加人员，共72人参与了会议。南卓铜教授代表“南亚通道及喜马拉雅冻土冻融灾害与工程病害遥感信息提取”子专题进行了汇报。