我发展的一些科学模型

1 博士读书期间(2002),利用收集的青藏高原多站点年平均地温数据,建了一个简单的平均地温多元回归模型,用于估计青藏高原冻土分布,这个模型是2005年1:400万中国冰川冻土沙漠图的青藏高原部分冻土分布的模型基础。

  • 南卓铜,李述训,刘永智. 基于年平均地温的青藏高原冻土分布制图及应用. 冰川冻土. 2002, 24(2): 142-148. (多元回归模型见此论文)
  • 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国冰川冻土沙漠图(1:400万). 北京: 地图出版社, 2005.

2 博士论文的另一个工作是建立了一个一维冻土演化数值模型(2005),用于估计未来青藏高原50、100年的冻土演化。这个模型最早是李述训老师用Basic写的,我对之进行了改进并用C++、C#改写。这个模型后来被吴青柏老师要过去得到进一步应用。

  • Nan Z, Li S, Cheng G. Prediction of permafrost distribution on the Qinghai-Tibet Plateau in the next 50 and 100 years. Science in China, Ser. D Earth Sciences. 2005, 48(6): 797-804. (模型代码未公开)

3 2012年后在经典的地面冻结数模型基础上进行了改进,在公式里增加了一个表征局地因子的参数,形成了一个改进的地面冻结数模型。利用这个模型模拟了青藏高原西部及整个区域的冻土分布。2023年利用该改进模型生产了2010年青藏高原冻土分布图,这是第一幅反映特定年份冻土分布状况的图件。

  • 南卓铜,李述训,程国栋,黄培培. 地面冻结数模型及其在青藏高原的应用. 冰川冻土. 2012, 34(1): 89-95.
  • 南卓铜,黄培培,赵林. 青藏高原西部区域多年冻土分布模拟及其下限估算. 地理学报. 2013, 68(3): 318-327.
  • 黄培培,南卓铜*,赵林. 利用扩展的地面冻结数模型模拟青藏高原冻土分布. 寒旱区工程与环境研究——程国栋院士七十华诞学术研讨会文集. 兰州: 兰州大学出版社, 2012, 240—252.
  • Hu J, Zhao S, Nan Z*, Wu X, Sun X. An effective approach for mapping permafrost in a large area using subregion maps and satellite data. Permafrost and Periglacial Processes. 2020, 31(4): 548-560. doi:10.1002/ppp.2068.
  • Cao Z, Nan Z*, Hu J, Chen Y, Zhang Y. A new 2010 permafrost distribution map over the Qinghai-Tibet Plateau based on subregion survey maps: a benchmark for regional permafrost modeling. Earth System Science Data. 2023, 15(9): 3905-3930. doi:10.5194/essd-15-3905-2023. (模型代码及数据可从此论文获取)

4 2015年后在Noah陆面过程模型基础上,增加了冻土特征和青藏高原冻土环境特征的参数化方案的专门考虑,形成了Noah-Tibet模型。发展了一系列论文。

  • Chen H, Nan Z*, Zhao L, Ding Y, Chen J, Pang Q. Noah Modelling of the Permafrost Distribution and Characteristics in the West Kunlun Area, Qinghai-Tibet Plateau, China. Permafrost and Periglacial Processes. 2015, 26(2): 160-174. doi:10.1002/ppp.1841.
  • Wu X, Nan Z*, Zhao S, Zhao L, Cheng G. Spatial modelling of permafrost distribution and properties on the Qinghai-Tibet Plateau. Permafrost and Periglacial Processes. 2018, 29(2): 86-99. doi:10.1002/ppp.1971.
  • Zhang G, Nan Z*, Hu N, Yin Z, Zhao L, Cheng G, Mu C. Qinghai-Tibet Plateau permafrost at risk in the late 21st century. Earth’s Future. 2022, 10(6): e2022EF002652. doi:10.1029/2022EF002652. (其中一个版本的模型代码可见此论文)

5 2024年发展了一个新的导热系数模型(Unified STC Model),该模型可以较高精度同时预报融土和冻土导热系数,一改以往融冻土需要采用不同导热系数模型。

  • Ji H, Fu X, Nan Z*, Zhao S. An Effective Medium Theory-Based Unified Model for Estimating Thermal Conductivity in Unfrozen and Frozen Soils. Catena. 2024, 239: 107942. doi:10.1016/j.catena.2024.107942. (模型代码可见此论文)

6 最新发展了一个NoahPy,是一个可微版本的Noah-Tibet模型。论文还在GMD审稿中。

  • Tian W, Yu H, Zhao S*, Cao Y, Yi W, Xu J, Nan Z*. NoahPy: A differentiable Noah land surface model for simulating permafrost thermo-hydrology. Geoscientific Model Development. 2025, https://doi.org/10.5194/egusphere-2025-4253. (模型代码可见此论文)

在Permalab网站也可以找到这些模型的说明及代码获取方法(https://permalab.science/publications/codes)。

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