Stratified modeling with layer-adaptive weighted fusion for multi-layer soil moisture prediction in saline arid farmlands

环境科学 干旱 生态水文学 可解释性 含水量 土壤科学 水文学(农业) 分层(种子) 水分 渗透(HVAC) 植被(病理学) 地下水 水文模型 多元自适应回归样条 多元统计 Pedotransfer函数 土壤水分 土壤盐分 地表径流 气候变化 土层
作者
J Q Xu,Yilei Yu,Lihu Yang,Xin Wei,S K Wang,Bingxia Liu,Y Shi
出处
期刊:Agricultural Water Management [Elsevier BV]
卷期号:331: 110463-110463 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.agwat.2026.110463
摘要

Accurate prediction of multi-layer soil moisture in arid, saline agro-ecosystems is critical for sustainable water management but remains challenging due to pronounced vertical heterogeneity in hydrological processes. To address this, we developed a physically-consistent stratified hybrid modeling framework aligned with the vertical stratification mechanism of soil hydrological processes, which integrates deep learning with machine learning, tailored to the distinct drivers governing different soil layers. Leveraging high-frequency in-situ observations from eight depths (20–350 cm) in Xinjiang, China, along with meteorological and remote sensing data, our approach first identifies the dominant controls on soil moisture across the profile: energy and vegetation dynamics dominate the shallow layers (0–60 cm), while groundwater depth becomes the primary controller in deeper layers (>100 cm). We then propose a hierarchical TimesNet-Random Forest fusion model with layer-adaptive weighting, which synergistically captures complex temporal dynamics and multivariate environmental interactions. This framework achieves state-of-the-art predictive accuracy (e.g., MAE=0.132 m 3 m −3 at 20 cm; MAE=0.030 m 3 m −3 at 250 cm) and its SHAP-based interpretability confirms a physically consistent shift in dominant predictors with depth. This framework explicitly decouples the depth-dependent hydrological processes across the soil profile, achieving physically consistent multi-layer soil moisture predictions without relying on complex inter-layer hydraulic coupling calculations, providing a robust and easy-to-implement tool for data-scarce arid regions.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
阳光的梦寒完成签到 ,获得积分10
刚刚
caocao发布了新的文献求助10
1秒前
善良板栗完成签到 ,获得积分10
1秒前
3秒前
布布发布了新的文献求助10
3秒前
Healer完成签到,获得积分10
4秒前
5秒前
科研通AI6.2的应助被FSX采纳,获得10
5秒前
科研通AI6.2的应助被FSX采纳,获得10
5秒前
华仔的应助被FSX采纳,获得10
5秒前
彭于晏的应助被FSX采纳,获得10
5秒前
嘻嘻哈哈的应助被FSX采纳,获得10
5秒前
李健的小迷弟的应助被FSX采纳,获得10
5秒前
Lny的应助被FSX采纳,获得10
5秒前
风吹麦浪的应助被FSX采纳,获得10
5秒前
科研通AI6.2的应助被FSX采纳,获得10
6秒前
科研通AI6.4的应助被FSX采纳,获得10
6秒前
7秒前
null的应助被激昂的青梦采纳,获得10
8秒前
10秒前
愉快又莲完成签到,获得积分10
12秒前
爆米花的应助被FSX采纳,获得10
12秒前
星辰大海的应助被FSX采纳,获得10
12秒前
是阿玖啊的应助被FSX采纳,获得10
12秒前
秋风的应助被FSX采纳,获得10
12秒前
英俊的铭的应助被FSX采纳,获得10
12秒前
12秒前
丘比特的应助被FSX采纳,获得10
12秒前
orixero的应助被FSX采纳,获得30
12秒前
大个的应助被FSX采纳,获得10
12秒前
完美世界的应助被FSX采纳,获得10
12秒前
Orange的应助被FSX采纳,获得10
12秒前
张勇振完成签到,获得积分10
13秒前
dh完成签到,获得积分10
14秒前
15秒前
EmmaLin完成签到,获得积分10
16秒前
17秒前
Aintzane发布了新的文献求助10
17秒前
18秒前
MUZI完成签到,获得积分10
18秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
拉伸高分子熔体中缠结行为的模拟和小角中子散射研究 1080
Encyclopedia of Modern Artificial Intelligence 1000
Особенности технологий и методов информационно-психологических войн СССР с Великобританией и США в период 1939-1953 гг 1000
Das Matthäusevangelium: Kapitel 1:1–17 1000
Analyses de reconnaissances de dettes passées devant les échevins d'Ypres (1249-1291) 600
Cellulose and Cellulose Derivatives: Synthesis, Modification and Applications 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8143717
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9543062
关于积分的说明 21655544
捐赠科研通 7729236
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3422144
关于科研通互助平台的介绍 2547439
邀请新用户注册赠送积分活动 2464956