甘肃省地处中国西部， 属黄土、 青藏和蒙古三大高原交汇地带。省内地形复杂， 从东南到西北包括了亚热带湿润区到高寒区、 干旱区的各种气候类型， 进而形成不同湖泊类型。据2010 -2012年甘肃省第一次水利普查成果（甘肃省水利厅和甘肃省统计局， 2013）， 甘肃省常年水面面积1 km² 及以上的湖泊7 处（大苏干湖、 小苏干湖、 尕海、 德勒诺尔、 河西新湖、 天池、 震湖）， 特殊湖泊2 处（月牙泉和青土湖）。本研究选取全部（小苏干湖、 尕海、 德勒诺尔、 天池、 青土湖和干海子）或大部分（大苏干湖）位于境内的7个主要湖泊（图1）， 其中尕海和天池为外流河上的湖泊， 其余均为内陆湖泊， 按照其与河流的关系分为河源型湖泊和尾闾型湖泊， 分析过去30年湖泊变化及其成因。文中涉及的地图底图来源于中华人民共和国自然资源部标准地图服务（http： //bzdt.ch.mnr.gov.cn/）， 根据审图号为GS（2016）1585 号的标准地图绘制， 底图无修改。

首先， 获取甘肃省7个主要湖泊（表1）不同年代（20世纪80年代和90年代以及2000年、 2010年和2017年）TM和OLI影像， 建立7个湖泊多时相遥感影像数据集； 其次， 对遥感影像进行预处理， 包括辐射校准和大气校正等； 最后， 采用基于对象影像分析（object-based image analysis， OBIA）的种子增长法提取湖泊面积变化的时序信息。气象数据主要选取遥感解译对应年份的邻近气象站点的气象数据（国家气象科学数据中心http： //data.cma.cn/）， 选取因子主要包括平均温度、 降水量、 风速、 相对湿度和参考蒸散发（ET ₀）。

基于OBIA技术提取的甘肃省7个主要湖泊面积变化结果（图3）， 尾闾型湖泊中， 大苏干湖面积最大， 1986 -2017年面积均在60 km²以上； 青土湖面积最大达到20 km²以上； 小苏干湖面积维持在11~12 km²， 变化相对稳定， 干海子面积在2 km²以下， 波动较大。河源型湖泊中尕海面积在2.9~12.56 km²， 面积波动较大， 德勒诺尔和天池面积均在2 km²以下， 其中德勒诺尔面积波动较大， 天池面积波动相对较小。

1986 -2017年间， 7个湖泊的面积变化有些增加， 有些减小， 面积呈现增加的湖泊主要有3个， 分别为尕海、 青土湖和大苏干湖， 其中： 尕海面积呈现波动增加的趋势， 其年增加速率为0.22 km²·a^-1， 面积在2010年达到峰值； 青土湖面积在1986 -2000年均为0 km²， 2010年其面积增加为0.09 km²， 2017年面积为20.24 km²， 2010 -2017年间面积增加十分明显， 主要受石羊河流域重点治理对青土湖的人工补给措施影响； 大苏干湖1986 -2017年间也呈现波动增加的趋势， 通过趋势线拟合结果可以看出湖泊面积增加的速率为0.29 km²·a^-1。

德勒诺尔、 干海子、 小苏干湖和天池四个湖泊面积变化趋势均呈现减小的趋势。其中德勒诺尔湖面积1986 -2017年表现为先增加后减小， 整体呈现略微减小的趋势， 面积变化速率为 -0.0018 km²·a^-1； 干海子湖泊面积在1986-2000年呈现直线下降的趋势， 到2000年面积变为0 km²， 之后一直处于干涸状态， 2017年有少许水量， 通过拟合分析， 其变化速率为-0.0418 km²·a^-1； 小苏干湖的面积在1986 -2017年间表现为先减小后增加， 整体呈现略微减小的趋势； 1986 -2017年天池面积呈现波动减小的趋势， 面积变化速率为 -0.0013 km²·a^-1。

通过对提取的甘肃省7个主要湖泊面积变化结果进行归一化处理， 然后进行聚类热图分析， 对湖泊面积变化进行分类， 将湖泊变化分成两大类（图4）， 第一类包括尕海、 青土湖和大苏干湖， 湖泊面积整体呈增加的趋势， 其中青土湖和大苏干湖面积变化最为相似， 呈现增大的趋势， 面积在2017年达到最大， 而尕海面积变化也呈增大的趋势， 2010年面积最大， 2017年面积相较2010年面积呈现减小。第二类包括德勒诺尔、 小苏干湖、 天池和干海子， 湖泊面积整体呈减小的趋势， 其中小苏干湖和天池的面积变化最为相似， 均在2010年面积最小， 其次面积变化较相似湖泊是德勒诺尔， 面积在2010年最大， 而2017年下降较快， 干海子湖泊面积从1986 -2000年呈现直线下降直至干涸， 在2017年略有恢复， 因此与另外3个湖泊的变化相似性较远。

从甘肃省7个主要湖泊面积变化的时间上可以分成3个类别， 即1986年、 1993年和2000年为1类， 2010年为1类， 2017年为1类。从这3个时间段的变化类别明显可以看出， 1993 -2000年甘肃省湖泊整体上面积相差不大， 变化相对较小， 而2010年的甘肃省7个湖泊的面积整体较1986年、 1993年和2000年相差较大， 而2017年甘肃省7个湖泊的整体面积情况相较其他年份差别更大， 说明湖泊在2010年和2017年均发生了较为强烈的变化， 在2017年湖泊面积变化最为剧烈。

湖泊面积变化的区域差异指示了气候变化的空间异质性， 反过来， 气候变化通过改变降水和温度条件影响着地表径流及其补给的湖泊（郭铌等， 2003； 马斌等， 2016）。因此， 降水和温度是影响湖泊面积变化的主要气象因子。由于甘肃省从东南到西北跨越了亚热带湿润区、 高寒区、 干旱区的各种气候类型， 其降水和温度年际变化存在明显的空间差异。总体来看， 甘肃省不同地区近30年降水无显著性变化， 在20世纪90年代中期降水较低， 之后开始增加， 尤其是近20年降水增加较明显， 例如陇南武都， 而温度呈显著性增加趋势， 武都增长率为0.43 ℃·（10a）^-1， 而敦煌为0.50 ℃·（10a）^-1。除了温度和降水以外， ET ₀、 风速和相对湿度也可能对湖泊面积的变化产生影响。

本研究通过对提取的甘肃省7个湖泊的1986 -2017年间的面积变化与周边各临近的气象数据因子进行相关分析（表3）可以看出， 河源型湖泊和尾闾型湖泊面积变化与降水、 平均气温、 相对湿度、 风速和ET ₀关系差异显著。河源型湖泊中， 德勒诺尔湖面积变化与相对湿度变化呈显著正相关， 相关系数达0.962， 与其他气候因子变化无显著相关关系； 尕海面积变化与平均温度和风速变化呈显著正相关关系， 相关系数分别为0.888和0.867， 与ET ₀变化呈正相关关系， 相关系数0.675， 但不显著， 与相对湿度变化呈负相关关系， 也不显著， 相关系数为-0.698； 天池面积变化与相对湿度变化呈显著正相关关系， 相关系数为0.987， 与降水量变化呈正相关关系， 但不显著， 相关系数为0.825， 与风速、 ET ₀和平均温度变化呈负相关关系。尾闾型湖泊中， 大苏干湖面积变化与平均温度和相对湿度变化呈正相关关系， 相关系数超过0.5， 与降水量、 ET ₀和风速变化呈负相关关系， 相关系数较低， 均不显著； 小苏干湖面积变化与相对湿度、 平均温度和降水量变化呈负相关关系， 相关系数大于0.58， 与ET ₀和风速变化呈正相关关系， 相关系数较低， 均不显著； 干海子面积变化与平均温度、 降水量变化呈负相关关系， 但不显著， 相关系数大于0.7， 与风速变化呈显著负相关关系， 相关系数为-0.886； 青土湖面积变化与平均温度呈显著正相关关系， 与ET ₀和降水量变化呈正相关关系， 但不显著， 相关系数在0.77以上。河源型湖泊和尾闾型湖泊与气候因子相关分析结果应综合考虑人类活动对湖泊变化的影响。

基于湖泊面积与气候因子具有显著相关关系的分析结果， 对5个湖泊的湖泊面积变化与气候因子变化进行了主成分分析（图5）， 从图5中可以看出， 河源型湖泊对气候变化的的影响较为敏感， 且差异显著。气候因子中影响德勒诺尔湖泊面积变化的主要因子为相对湿度和平均温度， 由于平均温度的升高， 可能会使区域蒸发量增加， 进而导致湖泊面积的减小， 增加相对湿度。而影响尕海面积变化的主要气候因子为平均温度和ET ₀， 主要是由于上游平均温度升高， 导致上游周边补给区积雪和冻土融化量增加， 进而增加尕海上游产流量， 导致流入湖中的径流量增加， 进而增加湖泊面积。天池面积变化的主要影响因子为相对湿度、 降水量、 风速和ET ₀， 说明降水量的减小， 减少了天池的补给水量， 风速、 平均温度和ET ₀的增大， 增加了湖面蒸发量， 导致相对湿度增加， 湖泊面积减少。尾闾型湖泊气候因子对其面积变化影响不具有决定性因素， 呈现为假相关性， 说明人类活动是加速尾闾湖泊变化的主要驱动因子。

高原湖泊尕海面积变化如图6所示， 尕海位于青藏高原东北边缘， 黄河上游， 甘肃省甘南州碌曲县境内的尕海盆地。在2000年以前， 湖泊面积均小于5 km²， 2010年增加至12.56 km²， 之后略有减小。马斌等（2016）基于遥感影像监测的1993 -2013年尕海湖面面积总体呈波动增大趋势， 如1993年为4.78 km²， 2010年为16.89 km²， 尕海湖水面的扩张是同期气温升高、 降水量增大、 蒸发量减少和冻土退化等因素共同作用的结果。这一分析与本研究结果基本一致。

酒泉阿克塞县的大、 小苏干湖、 肃北县的德勒诺尔和陇南文县的天池， 其变化主要受气候等自然因素控制。大、 小苏干湖位于阿尔金山南麓， 海拔2800 m。苏干湖水源来自北部阿尔金山、 东北部的党河南山和东南部的马海山和土尔根达坂山的冰雪融水和山区降水。以湖泊全部位于甘肃境内的小苏干湖为例， 2010年以前湖泊面积变化基本稳定（图7）， 这与郭铌等（2003）基于NOAA/AVHRR、 EOS/MODIS 卫星资料和相关文献的调查结果一致； 而2017年小苏干湖面积的增加可能与苏干湖流域冰川退化、 融水增加有关。本研究揭示小苏干湖的面积变化主要受平均温度和相对湿度的影响， 正是由于平均温度的升高， 加剧冰雪消融速度， 致使2017年湖泊面积增加。据周祖昊等（2017）遥感解译结果显示： 1989 -2016年冰川面积呈持续退缩趋势， 冰雪融水对径流的贡献约52%， 未来气候变化情景下， 随着冰川消融加速， 湖泊水域面积将会增加。

天池位于陇南市文县洋汤河上游， 湖水既有流域内地表水汇流， 又有地下水补给。根据1994年中国科学院南京地理与湖泊研究所测量数据显示： 天池最大水深82.1 m， 平均水深20.3 m， 池长2.15 km， 面积0.88 km²， 这与1992年的0.87 km²基本一致。总体来看， 天池的水域面积近30年来变化稳定， 多年平均为0.81 km²， 这主要与当地稳定的气象环境因子有关。据赵艳萍等（2012）对白龙江流域近40年气候、 径流变化研究可知 文县站气温在20世纪80年代之前变化不显著， 80年代到90年代中期波动较大、 变化显著， 90年代中后期开始上升， 但变化不显著； 降水在20世纪70年代后之前变化波动幅度较小， 之后降水趋势不明显。本研究结果表明在1986-2017年天池面积变化尽管有略微下降的趋势， 但2017年天池面积基本与1986年天池面积持平， 说明天池相对比较稳定， 面积变化主要与ET ₀和降水量有关。

湖泊面积变化除了受气候因素影响以外， 还受到人为因素的影响， 特别是尾闾型湖泊影响程度较高， 如干海子和青土湖。干海子位于甘肃西北部的玉门市， 属小型永久性微咸水湖泊。1986年湖泊面积为1.50 km²， 1993年缩小至近一半， 2000年以后基本处于干涸状态。据资料显示， 在1982年设立玉门干海子候鸟自然保护区时， 水域面积约为3 km²， 20世纪90年代末， 因周边地区无序开荒和超采地下水等原因， 导致干海子水域干涸， 这与上述解译结果一致（图8）。为抢救性保护干海子候鸟自然保护区及周围天然植被， 玉门市于2003年正式启动了干海子自然保护区输水生态恢复工程。据报道， 2011年5月干海子面积约为0.87 km²。本次遥感解译的2017年水域面积为0.22 km²， 该时期（7月31日）湖泊蒸发强烈、 上游水库用水紧张， 导致面积相对较小。

同样， 青土湖水域面积变化具有类似特征， 于2010年后出现水域面积， 随后不断增大， 这主要是由于人类活动的影响。石羊河尾闾青土湖水域面积曾经超过400 km²， 但于1959年完全干涸。2007年底， 国务院启动石羊河流域重点治理规划， 2010年， 红崖山水库首次向青土湖下泄生态用水， 2010年11月30日《人民日报》报道为青土湖出现约3 km²的水面（王博和王衡， 2016）； 另据民勤县水务局资料显示： 青土湖的地下水位埋深由2007年的4.02 m上升为2017年底的2.94 m， 上升了1.08 m， 湖区水域面积也不断扩大， 2017年底达到了26.6 km²。本次解译的面积略小于文献报道， 这主要是选择的影像为6 -9月， 此时蒸发大， 加之下泄水量较小， 导致提取的湖泊面积相对于最大面积略小（图9）。