Zhuotong Nan's research group
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。
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。
我们应用一种综合考虑气候变化和社会经济发展影响的模型框架，对变化的气候背景下水资源短缺情况进行更全面的评估和预测。研究评估了 52 种情景下的中国水足迹变化情况。我们发现气候政策的实施是导致情景间水足迹差异的主要原因；目前部分低碳能源方案耗水量较大，减排导致的进一步用水需求可能会加剧水资源短缺情况。此工作发表于2023年Climate Services。
我们提出了一种基于太阳-云-卫星几何关系的云下地表温度插值方法。通过几何关系找到卫星能观测到的云下像元，建立统计关系，从而实现真实云下像元的插值。研究以青藏高原为试验区，多方面验证表明此方法能取得较好精度。该工作由PermaLab团队联合中科院西北院冰川冻土沙漠数据中心完成。代码与示例数据可以从Github获取。
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。
位于青藏高原东部的三江源地区生态系统脆弱，下伏着大面积的不稳定的高温多年冻土。不同于之前研究采用半经验或生态等不能描述冻土物理过程的模型，我们选用了既包含水热传输过程又包含碳循环和植被动态过程的Noah- MP 陆面过程模型来模拟1989-2018年三江源地区的NPP动态变化。结果表明该区季节冻土区年平均NPP较多年冻土区高，但多年冻土区在过去30年有更高的NPP变化速率。该工作发表在Frontiers in Earth Science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。
分位数校正方法(Q-Q)是被广泛应用的将粗分辨率GCM/RCM预测结果校正到站点尺度的统计方法。本文为证实该方法在青藏高原上的适用性，利用36个站点，结合两个GCM（EC-Earth 3和MPI-ESM1.2-HR），在五个逐月变量（降水、气温、相对湿度、风速、气压）上对Q-Q方法进行综合的评估。结果表明：Q-Q方法对于青藏高原上气候要素逐月模拟值的降尺度具有适用性，其中气压的降尺度校正具有最高的准确性。该工作发表“Atmosphere”期刊上。第一作者是实验室大三学生。