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本文利用 GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)卫星数据,结合水文模式数据、降水数据、卫星测高数据和冰后回弹模型,研究了我国华北地区,三峡地区和三江源地区的水储量变化,以及东海沉积物的变化。论文的主要内容和结论如下:(1)详细分析了利用GRACE数据反演时变重力场变化的基本理论方法,重点阐述了数据后处理过程中常用的滤波方法。结合模拟观测数据,分析了不同滤波方法对于噪声的滤除作用,以及在滤波过程中对信号造成的振幅衰减和混淆等。实验结果表明,组合滤波与平滑先验信息滤波方法更具有优势。(2)提出了一种顾及季节影响的尺度因子计算方法,定量估计了 2003～2014年间华北平原地区的陆地水和地下水分别以-2.0±0.6mm/year和-4.8±0.7mm/year的速度亏损。通过分析地下水与GPCC降水模型的交叉小波谱发现,2008年之前,地下水的变化对于降水有2.6个月的相位延迟;2008年之后由于地下水超采现象加重,相位延迟增到到4.6个月。(3)通过对模拟数据的分析,发现正向建模方法对于泄漏误差改正的量级约为lcm左右,并可以有效恢复被湮没的信号。三峡库区陆地水储量变化的周期项振幅在正向建模改正前后分别为70土24mm和72土27mm;改正后监测到库区三次蓄水引起的等效水高变化分别为60.2mm、28.3mm和20.5mm,与水位观测数据具有良好的一致性。从空间分布上看,改正后蓄水信号明显收敛于三峡库区。(4)利用EOF方法对三江源及其周边地区GRACE反演的陆地水储量变化和水文数据的信号进行了分解。结果表明GRACE与水文模型在第一模态上的符合程度最好,表现出明显的季节变化特征。但在空间模式上,GRACE反演的水储量变化信号明显要比水文信号强,在印度北部地区尤为明显。(5)完善了利用GRACE反演沉积物的理论方法,加入了海面高变化改正、泄漏误差改正和GIA改正。改正后东海入海口处沉积物的平均变化速率为1.17×109 ton/year,较现有研究更接近于实测数据(0.9-1.0×109 ton/year);在空间分布上,与实测数据均呈现河口处沉积速率大,远离河口的地区沉积速率小的特征;沉积物变化的周年特征主要与东海泥沙扩散路径相关的海洋环流模式有关;在利用5年以上数据,且研究区域受陆地水文信号的泄漏影响较小时,沉积物的反演结果是比较可靠的。