湖泊是干旱区生态安全和社会经济发展的重要支撑，也是感知气候变化与人类活动影响的敏感指示器。新疆深居亚欧大陆腹地，降水稀少、蒸发强烈，湖泊补给高度依赖山区降水和冰川积雪融水；与此同时，农业灌溉、水资源调配和生态输水等人类活动持续重塑区域水循环。长期以来，相关研究多聚焦湖泊面积、水位或水储量等“水量”指标，或单独考察透明度、叶绿素等“水质”指标，水量与水质如何协同变化、不同区域由哪些因素主导，仍缺少长时间序列和大范围的综合认识。

    近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所段洪涛研究员团队在干旱区湖泊水量—水质综合遥感评估方面取得新进展。研究基于1986—2023年Landsat系列卫星影像，面向新疆729个面积大于1平方公里的湖泊（含自然湖泊和水库），同步重建湖泊面积（表征水量）与透明度（表征水质）长时间序列，并提出长时序水量—水质耦合的生态—水文轨迹分类框架。研究进一步揭示了新疆湖泊近40年来水量与水质变化的时空分异特征，发现气候变暖与人类水资源利用和调控共同塑造了湖泊生态水文变化格局，为干旱区湖泊长期监测、生态保护和水资源可持续管理提供了新的技术路径和科学依据。

    相关成果以“A four-decade satellite record of coupled lake area and water quality responses to climate changes and human activities in Northwest China”为题发表于水文领域权威期刊《Journal of Hydrology》。中国科学院南京地理与湖泊研究所沈明博士为论文第一作者，齐天赐博士和段洪涛研究员为通讯作者。

    一、构建适用于干旱区湖泊面积和透明度的遥感监测框架

    新疆湖泊光学和水文条件差异显著：既有透明度不足0.3米的高浑浊浅水湖，也有透明度超过10米的深水清洁湖。单一水体指数容易在浅滩、岸线混合像元和高浑浊水体中产生误判。为此，研究构建了“双指数”水体提取方法：先利用NDWI与Otsu自适应阈值识别常规水体，再针对高浑浊水体利用改进浑浊水体指数（NDWIturbid）进行校正，从而提高复杂环境下湖泊边界识别的稳定性。该方法总体精度达到97.42%，Kappa系数达到0.86。

图1. 基于“双指数”算法湖泊水体提取结果与现有指数的对比

    在水质反演方面，研究融合新疆实测数据与全球水色实测数据，系统比较多种机器学习算法。随机森林模型表现最优（R²≥0.80，sMAPE≤30%），并被用于重建新疆湖泊透明度。研究最终形成覆盖729个湖泊、跨越近四十年的面积和透明度协同记录，为从“水多不多”进一步回答“水清不清”提供了统一的数据基础。

图2. 基于机器学习算法的透明度验证结果

    二、新疆湖泊总体扩张变清，北疆和南疆改善最为显著

    长时间序列分析显示，1986—2023年新疆湖泊面积总体显著增加。其中，自然湖泊面积增加速率为127.10平方公里/年，水库为39.98平方公里/年；在729个湖泊中，560个（76.82%）呈扩张趋势。北疆和南疆湖泊面积分别以52.52平方公里/年和102.11平方公里/年的速率显著增加，东疆则未呈现显著长期变化。值得注意的是，北疆和南疆湖泊面积自2019年以来均出现阶段性下降，表明长期扩张趋势仍伴随短期波动，需持续监测以评估未来湖泊变化的不确定性及潜在风险。

    湖泊透明度以0.0078 m/年的速率显著提升，其中自然湖泊透明度提升速率为0.0104 m/年，而水库整体未呈现显著长期变化；在729个湖泊中，512个（70.23%）呈透明度增加趋势，改善热点主要分布于阿尔泰山南麓和青藏高原区域。区域上，北疆和南疆湖泊透明度分别以0.0057 m/年和0.0088 m/年的速率显著提升，而东疆长期变化趋势不显著。

图3. 新疆湖泊1986-2023年湖泊面积和透明度长期变化趋势

    三、生态—水文耦合轨迹揭示“水量增加”不等于“水质同步改善”

    研究将湖泊面积和透明度的变化方向组合为四类轨迹：I型为面积增加、透明度提高；II型为面积减少、透明度提高；III型为面积增加、透明度下降；IV型为面积和透明度均下降。结果显示，I型占比最高，达到54.87%（400个湖泊），表明超过一半的新疆湖泊实现了水量与水质同步改善；III型占21.95%，II型占15.36%，IV型最少，仅占7.82%。

    这一分类将传统的单指标评价推进到水量—水质耦合评价。例如，III型湖泊虽然面积扩大，但透明度下降，可能与新增浅水区、沉积物再悬浮或流域输入增强有关；II型湖泊虽有萎缩，却可能因污染输入减少或水动力变化而变清。因此，仅凭湖泊面积扩张判断生态状况可能产生偏差，面积与水质的协同监测更能准确识别湖泊恢复、退化及潜在风险。

图4. 新疆湖泊水量—水质耦合的长时序变化轨迹分类

    四、气候变暖与人类水资源管理共同驱动区域差异

    研究采用偏最小二乘回归分析了温度、降水、帕尔默干旱指数（PDSI）和耕地面积等因素对湖泊面积和透明度变化的影响。结果表明，北疆和南疆湖泊变化主要受温度和耕地变化影响，反映了气候变暖背景下冰川积雪融水补给增强，以及农业用水需求、生态输水和区域水资源调配等自然—人类复合过程的共同作用。气候变暖可通过增强冰雪融水补给增加湖泊水量，改善水体稀释条件，并促进部分湖泊透明度提升；而耕地变化既反映区域灌溉用水需求，也表征人类水资源利用和调配强度，其影响具有显著的区域差异性。相比之下，东疆湖泊变化主要受降水和PDSI控制。由于该区域水资源本底条件较为脆弱，局地降水变化和干湿波动可能抵消气候变暖带来的融水补给效应，使湖泊面积和透明度未表现出显著的长期改善趋势。

图5. 新疆湖泊面积和透明度变化主要影响因素

    该研究首次在新疆区域尺度上建立了可推广的湖泊水量—水质耦合遥感框架，为干旱区湖泊综合评估提供了新的技术路径。研究揭示了新疆湖泊整体扩张变清、区域响应分化的长期格局，也强调应针对不同生态—水文轨迹实施差异化管理。相关成果可为新疆水资源优化配置、湖泊生态保护及联合国可持续发展目标6的科学评估提供支撑。

    文章信息：Ming  Shen, Yuan Liu, Tianci Qi*, Changjiang Liu, Zhigang Cao, Zhenyu Tan,  Juhua Luo, Hongtao Duan* (2026). A four-decade satellite record of  coupled lake area and water quality responses to climate changes and  human activities in Northwest China. Journal of Hydrology, 677, 136001.  DOI: 10.1016/j.jhydrol.2026.136001.