低复杂度空间分布式模型模拟土壤侵蚀年内动态与泥沙输移的季节性调控机制

本研究针对传统土壤侵蚀模型(R)USLE长期年均尺度无法捕捉季节性动态的局限，创新性地将WaTEM/SEDEM(W/S)模型时间分辨率提升至15天，通过多时段校准揭示输移能力(TC)的季节性负反馈机制，为大规模流域泥沙输移模拟提供了兼顾精度与效率的解决方案。

　　

土壤侵蚀作为威胁土壤健康的核心因素，在人类活动干扰下速率可激增10-100倍，引发土壤寿命缩短、水体富营养化等连锁反应。尽管(R)USLE模型拥有上万场次实测数据基础，但其年均尺度预测掩盖了降雨侵蚀力(R)、作物覆盖等动态因素的季节变异，导致中长期预测存在显著不确定性。欧洲土壤监测法案的实施亟需能兼顾大尺度适用性与时间精度的新型模型。

针对这一挑战，Francis Matthews等研究者选择低复杂度的空间分布式模型WaTEM/SEDEM(W/S)开展创新研究。该模型通过耦合RUSLE方程与泥沙输移模块，以最小化输入需求实现流域尺度侵蚀-沉积-输移的全过程模拟。研究团队建立标准化工作流，利用欧盟统一数据源对西北欧4个监测流域进行15天分辨率建模，重点解析输移能力(TC)参数的季节性调控机制。

关键技术方法包括：1)基于EUSEDCollab数据库获取流域出口悬浮泥沙负荷(SSL)监测数据；2)采用动态降雨侵蚀力(R)和作物覆盖因子替代传统静态输入；3)开发多时段TC校准程序模拟季节差异；4)通过纳什效率系数(NSE)和Kling-Gupta效率系数(KGE)评估模型性能；5)对比Kinderveld和Ganspoel流域的模拟与实地调查数据验证空间分布精度。

Hillslope soil erosion and sediment delivery modelling using WaTEM/SEDEM
研究证实静态TC校准仅能勉强模拟年均泥沙总量（最佳NSE=0.195），但严重低估15天尺度的SSL变异。模型在Ganspoel流域表现相对较好，而在FDTL流域甚至出现负效率系数(KGE=-0.205)，揭示传统单参数校准的固有局限。

Evaluating a temporally static model calibration
引入季节性TC校准后，模型性能显著提升：夏季降低输移效率补偿植被覆盖效应，冬季增强输移以反映裸露地表状态。最优多时段TC参数呈现与总侵蚀量的负相关关系，表明存在"相对解耦效应"——高侵蚀期反降低输移效率的自我调节机制。

W/S for multitemporal modelling of gross and net erosion
时空分析显示，动态TC校准使模拟的内部泥沙通量普遍低于静态结果，与Kinderveld流域实地测量数据更吻合。但研究者指出，这种季节性补偿可能掩盖了未表征的水文过程（如融雪侵蚀）或空间误差传递。

Conclusion
该研究突破性地证明：1)低复杂度模型通过动态参数化可实现亚年度尺度模拟；2)TC季节性负反馈是捕捉SSL变异的关键；3)欧盟统一数据源支持跨流域可比研究。成果发表于《CATENA》，为制定季节性土壤保护策略提供新工具，同时警示模型使用者注意时空误差补偿的潜在干扰。研究开辟了将概念模型应用于复杂时空过程模拟的新路径，对发展大尺度智慧农业管理具有重要实践价值。