沙漠是干旱气候的产物，沙漠地区降水量远低于蒸发量，很少存在地表水和绿洲^[1]。但是在特定的自然条件下，沙漠地区也会有地表水的存在，如地势低凹部位，水汇形成湖泊，河流流经地区发育绿洲，成为荒漠中生产力最高的生态系统。腾格里沙漠地处中国干旱气候区，大部分为流动沙丘，由于降水和地下水的补给，沙漠中形成了众多湖泊^[2]。沙漠中湖泊对气候变化的响应非常敏感，是荒漠绿洲变化的重要指示器，随着人为活动的加剧和气候变化的影响以及周边生态环境的变化，沙漠内湖泊及湖盆绿洲也会随之发生变化^[2]。虽然对腾格里沙漠的湖泊已有一定数量研究，但是由于资料偏少及深入沙漠考察调查难度大，对沙漠现代湖泊变化特征的研究还缺乏系统性的对比研究^[2-5]。

20世纪70年代开始的Landsat遥感观测计划积累了全球土地状况和动态的近40多年的观测记录，在美国地质调查局(USGS)Landsat档案中包含的近300万景Landsat卫星数据都可以通过互联网免费获得，为资源环境的长期监测评估提供了可靠的数据源^[6-7]，也为湖泊水域动态变化监测和相关参数的反演分析提供了可能^[8-9]。本研究以1975—2015年的Landsat系列数据为数据源，在同一标准下提取腾格里沙漠内不同时期的湖泊时空格局信息，系统分析近40年间湖泊变化特征，同时，利用2018年的高时间和空间分辨率Sentinel-2数据提取湖泊年内变化信息，通过对沙漠内现代湖泊变化特征监测及影响因素分析深入理解腾格里沙漠生态系统现代变迁过程及影响因素，也为该地区水资源保护、生态环境保护和合理利用提供科学支撑。

腾格里是包含沙漠在内的阿拉善高原东北部区域的一个地域概念，并无明确的景观或地理标志界定其准确范围。为了研究方便，本研究中将有连续沙丘或者沙地分布区2 km缓冲区作为东、南部沙漠范围。考虑到石羊河是注入沙漠的河流及民勤绿洲深入沙漠之中，对沙漠地区景观形成与变化具有重要作用，将石羊河流域西部有沙地分布的区域也作为研究区西部范围；雅布赖山将巴丹吉林沙漠阻挡在北部，将其南部山麓作为研究区的北界。以此确定的区域横跨内蒙古、甘肃和宁夏（图1），总面积5.1万km²，其中内蒙古自治区占67.94%，甘肃省占30.94%，宁夏回族自治区占1.12%。本区全年多西北风，温差大，降水少，属典型的内陆干旱气候。年平均气温8.3~10.2 ℃，多年平均降水量只有107~167 mm，年蒸发量2 400~3 000 mm^[2]。腾格里沙漠生态系统类型也比较丰富，涵盖荒漠、草地、林地、农田、人工表面和湿地等生态系统类型。2015年腾格里沙漠生态系统以荒漠为主，占本区面积的69.63%，其次是草地，占18.80%，森林占7.92%，农田占3.10%，各类建设用地构成的人工表面占0.44%，湿地占0.11%。由于风大雨少、气候恶劣，各类型生态系统的空间分布也呈现出显著区域差异（图1）。

腾格里沙漠中有大小400多个湖盆，单个面积1~100 km²，分布多呈有规则的平行走向排列，其间为宽3~5 km的流动沙丘带所分隔。湖盆景观构成呈环带状结构，外侧为流动沙丘，湖盆边缘是固定半固定沙丘，中间是草地（又称草湖），湖盆内部低洼处有积水，主要为泉水补给和临时集水，但是大部分为第三纪残留湖，尤其沙漠东北部湖盆内分布着众多的小面积湖泊，沿沙丘链的丘间洼地带状分布，湖泊较浅^[1]。湖盆光热充足，水分条件较好，地下水较丰富，埋深1~2 m。湖盆内以沼泽、草甸及盐生植被类型为主，是沙漠内部的主要牧场，沙漠中的居民点和一些人工饲草地多分布在这里，成为沙漠中的绿洲，为动植物提供独特的生境栖息地，形成丰富的物种多样性^[4]。

腾格里地区对湖泊有许多不同的称呼，面积较大的淡水或微咸水湖泊被称作诺尔，盐湖或矿化度较高的咸水湖被称作淖、池、海子，季节性小湖多叫泡子^[4]。沙漠湖中的淡水湖是沙区宝贵的水资源，可为周围居民提供生活用水，以及为沙区动植物补给水分；湖泊也可调节区域气候，改善干湿度，提升环境质量，在局部区域形成湿润宜人的小气侯。咸水湖及一定数量的干涸盐碱湖盆，经过开发形成规模不等的盐场。西部和西南部的几个盐湖主要受到石羊河流域的补给，东北部的盐湖主要受到贺兰山地下水的补给^[10-11]。

本研究以Landsat系列数据作为主要信息源，包括1975年的MSS，1990、1995、2005、2010年的TM，2000年的ETM及2015年的OLI影像。具体选择影像时主要选取降水量最大的夏秋季节（6—9月）且云量小于10%的影像为数据源，以便于更多地提取季节性湖泊信息，以全面反映沙漠湖泊的变化特征。数据经过预处理后，在GIS技术支持下，首先利用面向对象分类方法提取水域，然后对影像进行人机交互目视解译确定，以保证信息的提取精度。考虑到影像分辨率限制，以1∶10万比例尺的成图标准分期提取湖泊空间分布信息时确定提取的湖泊面积最小面积为2×3个像元，相当于60 m×90 m的水域面积，最后利用空间叠加统计方法对腾格里沙漠中的湖泊面积及数量的年际变化进行汇总分析。为了分析腾格里沙漠湖泊年内变化特征，利用Sentinel-2数据的高时间分辨率及空间分辨率的优势，以2018年获取的全部可用数据为信息源，选择东部的巴彥浩特镇为典型区，提取镇域范围内湖泊空间分布数据，提取的湖泊最小面积为为2×3个像元，相当于20 m×30 m的水域面积。以湖泊数与面积变化为指标分析湖泊变化特征，以相对变率分析湖泊的稳定程度。

湖泊变化短期内主要受气候变化的影响，在分析湖泊变化时主要考虑了湖泊变化与气温和降水的关系，为此从国家气象信息中心收集了腾格里沙漠及周边地区雅布赖、民勤、武威、吉兰泰、阿拉善左旗和中卫6个站1966—2015年的年降雨量、年平均气温数据。具体分析时，整个区域的气候值采用这6个站的平均值来代表。

腾格里沙漠中的湖泊主要分布在4个区域：①西北部雅布赖山南坡山麓，也是现代汇水区域之一；②沙漠中南部，分布于呈规则地南北走向平行排列的湖盆，它们大多可能是晚第四纪古湖泊干涸退缩而形成的残留湖；③沙漠西部，分布呈不规则的湖盆；④沙漠东北地区，位于东北西南走向的复合型沙丘链之间的丘间洼地中呈规则排列的面积较小的湖盆中^[3]。

2015年腾格里沙漠有240个湖泊（图2），总面积2 652.2 hm²，湖泊面积仅占研究区总面积的0.05%。沙漠中的湖泊虽然数量多，但面积不大，多数湖泊面积小于5 hm²；其中最大的是巴义高湖，面积303.70 hm²，位于甘肃省民勤县东湖镇。大于100 hm²的湖泊有2个，面积412.1 hm²，占腾格里湖泊总面积的15.54%；50~100 hm²的湖泊7个，面积4 790.0 hm²，占总面积的18.06%；25~50 hm²的湖泊16个，面积553.4 hm²，占总面积的20.87%；10~25 hm²的湖泊33个，面积521.5 hm²，占总面积的19.66%；5~10 hm²的湖泊49个，面积348.6 hm²，占总面积的13.14%；1~5 hm²的湖泊119个，面积327.5 hm²，占总面积的13.35%；小于1 hm²的湖泊14个，面积10.2 hm²，占总面积的0.38%。

乔江等^[2]认为20世纪70年代中期至21世纪初，腾格里沙漠湖泊面积203.83~236.51 km²，与本研究结果相差较大，可能是不同分类方法的差异导致的。本研究中湖泊面积只计算水域净面积，用相近研究范围的数据比较，与来婷婷等^[3]的研究结果接近。因此，在干旱区湖泊的遥感监测中，自动分类时容易将湖泊周围潮湿盐土计入湖泊面积中，对自动提取的水域结果需要人工目视解译确认来提高湖泊数据精度。

在腾格里沙漠所处的特殊地理、气候、地下水等条件下，沙漠中的湖泊主要依靠降水和地下水补给，并具有明显的年内和年际变化特征^[3-4]。

腾格里沙漠湖泊在雨季接受降水补给，湖水面积增大，旱季和生长季受蒸发和植物蒸散发影响，水面缩小，一些小的湖泊甚至完全干涸，由此形成湖泊的季节变化。腾格里湖泊更多地受近源地下水的影响，地下水对沙漠内湖泊的补给也存在较大的季节性差异，使得沙漠湖泊随着季节的更替变化显著^[3]。由于沙漠中湖泊大多是浅水湖，不同湖泊补给水源的差异大，当水源充足时相邻的小湖泊合并为一个大湖，而补给水减少后，一个大湖会分裂成小湖，利用高分辨率遥感数据解译时更能容易识别出存在的湖泊随机合并与分裂的现象，湖泊数量难以准确反映湖泊的变化特征，用湖泊总面积来反映湖泊变化更为准确。因此采用湖泊总面积作为指标来分析腾格里沙漠湖泊年内变化特征研究更为可靠。

以巴彦浩特镇典型区为例，湖泊总面积年内变化相对平缓（图3）。湖泊总面积年内相对变率为0.4%~21.8%，1—5月的湖泊面积大于年均值，而6—12月小于年均值。3—5月春季湖泊消融，地下水补给充足，气温较低，蒸发较小，而植物开始生长，湖泊面积在4月达最大值，总面积达1 439.53 hm²，春季湖泊总面积平均为1 324.24 hm²。6—8月的夏季，气温升高，植物生长旺盛，浅水区挺水植物生长茂密侵占部分湖面，而降水对地表径流补给又有限，湖泊面积减小，7月最小，减少为1 032.43 hm²，减少了28.3%，夏季3个月湖泊总面积平均为1 053.21 hm²。9—11月，随着气温降低、入渗地下的降水补给增加，植物生长减弱甚至枯萎，蒸散发减少，湖泊面积逐渐增加，另一方面11月气温降低，湖面结冰，湖泊面积增加趋势减小，秋季湖泊总面积平均为1 132.82 hm²。12月至翌年2月，降水补给降到最低，地下水继续补给，气温相对较低，湖面蒸发小，湖泊总面持续增加，冬季湖泊总面积平均为1 216.053 hm²。整体上，在冬、春季湖泊水量充沛，湖泊总面积大于夏、秋季。

1975—2015年腾格里沙漠湖泊变化表现出显著的年际波动特征（表1）。1975—1995年湖泊的数量和面积都呈增加趋势，其间湖泊数量增加71个，增加了62.83%；湖泊面积增加2 760.7 hm²，增加了128.37%。其中1990—1995年面积增加显著，面积增加最大的湖泊是白碱湖，降水作用引起其面积从1.7 hm²增加到1 834.5 hm²。1995—2000年湖泊的数量和面积都呈减少趋势，湖泊数量减少71个，减少了38.59%；湖泊面积减少3 314.2 hm²，减少了67.48%。2000—2010年湖泊的数量和面积都呈增加趋势，湖泊数量增加52个，增加了46.02%；湖泊面积增加1 349.0 hm²，增加了84.47%。2010—2015年湖泊数量增加、面积减少。湖泊数量增加75个，增加了45.45%；湖泊面积减少293.8 hm²，减少了9.97%。不同时期中，1995—2000年变化最为剧烈，面积由最高的4 911.2 hm²，迅速减少为1 597.0 hm²，减少了67.48%。

1975—2015年间的7期湖泊数量的相对变率2.5%~50.9%，湖泊面积的相对变率3.7%~75.9%，1975—2015年间湖泊的面积变化幅度大于个数变化幅度（表2），大多数湖泊只是面积的变化，新生或者消失的湖泊数量不大。

湖泊多年平均面积数据表明面积小于10 hm²湖泊占总数的70%以上，据此将腾格里沙漠的湖泊分为面积≥10 hm²和<10 hm²的湖泊2级。一级湖泊数量的相对变率4.3%~27.7%，二级湖泊数量的相对变率0.9%~61.1%；一级湖泊面积相对变率2.5%~45.5%，二级湖泊数的相对变率3.7%~55.5%。因此不同时期面积≥10 hm²相对稳定，而面积<10 hm²的湖泊变化较大。

沙漠中湖泊的变化是自然因素和人类活动共同作用所造成的。特别是近四五十年，由于上中游大量引水，许多进入沙漠中的河流流量减少，断流时间增长，下游河道缩短，大量的地表水补给的湖泊干涸或处于萎缩状态^[3]，但是大多数据湖泊的变化还是受自然因素影响的结果。在人为活动中人工输水、水库修建和盐田开发是主要因素。石羊河下游青土湖区域原为湖沼平原，20世纪50年代末干涸，2010—2014年连续向青土湖输水，青土湖水面急剧扩大^[11]。水库/坑塘的数量在2000年前一直是3个，但是面积持续增加，由103.3 hm²增加到1 238.9 hm²，增加了11倍。2000年后数量和面积都增加，数量由3个增加到17个，面积由1 238.9 hm²增加到2 395.1 hm²，增加了93.32%。在1975年还没有成规模的晒盐池，1990年遥感能识别出4个晒盐池，但面积只有93.0 hm²。1990年后晒盐池的数量和面积都呈增加趋势，到2015年晒盐池有31个，面积达2 307.0 hm²，增加2 214.0 hm²，增加了24倍。

自然因素中气温和降水是影响湖泊变化的主要因素。通过对气温、降水与湖泊面积关系的模拟表明随着年均气温的升高湖泊总面积呈减少的趋势（图4），随着降水增加，湖泊总面积呈增加的趋势（图5）。

通过对腾格里沙漠内湖泊的系统遥感监测与分析，在查清沙漠湖泊现状的基础上恢复重建了其时空变化过程，并分析了年际和年内变化影响因素。

沙漠湖泊多为浅水湖，由于频繁发生的湖泊分裂与合并，对其变化监测以总面积为主要指标比数量更为准确。

2015年腾格里沙漠有湖泊240个，总面积2 652.2 hm²。湖泊数量多，但是面积都不大，多数面积都小于5 hm²，常年性湖泊主要分布在东部的巴彦浩特镇。

腾格里沙漠中湖泊年内变化相对平缓。2018年巴彦浩特镇湖泊总面积年内相对变率0.4%~21.8%；湖泊面积在4月最大，为1 439.53 hm²，7月则最小，为1 032.43 hm²，减少了28.3%。湖泊面积年内变化是蒸发和挺水植物的生长增加耗水量导致湖泊面积缩减与降水、地下水补给引起的湖泊面积增加综合作用的结果。

1975—2015年腾格里沙漠湖泊变化表现出年际波动状态。湖泊数量的相对变率2.5%~50.9%，湖泊面积的相对变率3.7%~75.9%，湖泊的面积变化幅度大于个数变化幅度。影响湖泊变化的因素中人为活动主要是水库修建增加人工水面面积和盐田开发占用部分天然湖泊；随着年均气温的升高湖泊总面积呈减少的趋势，随着降水增加湖泊总面积呈增加的趋势，但是湖泊面积与气候波动之间的相关关系并不显著。