全球定位系统(GPS)自20世纪70年代开始建立，到90年代初整个星座布置完成。随着数据质量的不断提高和数据处理方法的不断改进，GPS观测可以获取毫米量级的地表形变非线性变化（季节性、年际或更长时间尺度）信号。从地球物理的角度来讲，这些信号变化主要源于地表负荷的变化。地球表面的质量迁移或重分布，包含大气层、水圈、海洋、冰冻圈，是产生地表负荷形变的主要因素，同时这些质量迁移也会引起其他物理量或观测量随时间的变化，诸如地球重力场、地球自转参数、地心运动参量等变化。GPS观测所得地表形变信号可以通过其他大地测量资料或气候模型来解释，这有助于更好地理解全球气候变化以及人类活动引起的地球环境变化。此外，利用GPS观测作为约束以定量分析及监测乃至预测区域地表形变效应，还可为国家和地区生态和经济的可持续发展提供科学的数据支撑和警示。　　本文利用GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）卫星时变重力数据，结合其他气候模型资料，解释GPS站点高程时间序列数据中检测到的地表形变信号。本文着重研究GRACE数据应用于不同时间尺度负荷形变分析的泄漏效应改正，并将尺度因子恢复方法应用于单一负荷源和多负荷源区域的实例分析论证。根据三个不同负荷形变区域的实例分析验证了GRACE信号泄漏改正方法的有效性，定量估计了GPS观测负荷形变的精度，并证实了冰川均衡调整(GIA，Glacial Isostatic Adjustment)模型在局部区域可能存在较大偏差，同时揭示了地表负荷形变和区域环境变化的关系等等。　　在欧洲西部区域地表形变的实例分析中，本文选取该区域36个国际GNSS服务(IGS，International GNSS Service)测站，对超过10年的GPS高程时间序列和GRACE反演所得地表垂向负荷形变进行了比较分析。其中，由大气和水文负荷引起的季节性地表形变信号在GPS和GRACE观测序列中都非常明显。基于德克萨斯大学空间研究中心(UTCSR，University of Texas at Austin，Center for Space Research)提供的release05的GRACE数据，由于数据时间段相比于前人研究结果更长，GPS和GRACE的符合程度无论在周年还是年际时间尺度都有了明显的提高。对于GPS高程序列，其在去除GRACE反演的垂向负荷形变后，大部分台站的加权均方根(WRMS，Weighted Root Mean Square)都有着不同程度的下降，这表明GPS和GRACE数据产品的精度都有了提高。同时，本文研究结果证实了在使用GRACE卫星重力观测数据用于地表负荷形变分析研究中，其泄漏效应必须进行改正。　　上述研究对于GRACE泄漏误差的改正尚不完善，这归因于所使用的全球陆地资料同化系统(GLDAS，Global Land Data Assimilation System)的水文模型不够完善（未考虑地表水体及地下水等贡献）。本文进一步将尺度因子改正方法应用于格陵兰岛南部长期质量变化导致的负荷形变估计中，并使用更为精细的模型数据研究该改正方法的可靠性。在这一研究区域选取四个连续观测的GPS台站，比较分析其在2002年至2016年间的GPS高程时间序列和GRACE反演的垂向负荷形变。由于信号衰减及空间分辨率的局限，GRACE数据在与GPS高程时间序列对比之前，需要进行必要的信号恢复和调整。在调整之前，无论是GRACE球谐系数解还是mascon(mass concentration)解都与GPS观测所得垂向形变线性速率差异明显。因此本文基于GRACE观测、冰川地理信息数据和冰川流速数据，建立长期质量速率模型，进而使用尺度因子方法改正GRACE结果。改正后的GRACE负荷形变与GPS的符合程度，无论在长期速率还是年际变化上都有了显著提高。特别地，在2013年初期格陵兰岛南部的质量流失速率减小信号也被检测到。使用更精细的质量速率模型恢复GRACE数据所得负荷形变信号后，GRACE与GPS的符合程度明显提高，证实了GPS台站周围负荷形变对于负荷质量源分布的高度敏感性。这同时也表明GPS观测在约束测站周围区域质量变化方面具有重要参考价值。此外，本文研究结果也与近期公布的KULU测站GIA形变速率最新结果(～4.4mm/yr)一致。　　鉴于尺度因子改正方法使得格陵兰岛南部区域GPS和GRACE数据获得高度一致性，本文进一步探索其他更为复杂区域的负荷形变。注意到过去十几年间里海(Caspian Sea)海平面经历了大幅度的变化，以及伊朗区域地下水过度消耗等现象，本文选取里海附近的GPS台站TEHN作为主要研究对象。将TEHN的GPS高程时间序列(JPL、SOPAC和MEaSUREs三类产品的平均值)与气候模型估计的五种可能的负荷形变值相比较（里海水量，陆地水储量，大气和海洋负荷，以及GIA效应），研究时间段选取2004年10月至2015年12月。比较分析结果表明:模型估计值和GPS观测在线性趋势、周年振幅和周年相位都符合很好，分别为1.32±0.05mm/yr与1.15±0.15mm/yr，3.57±0.15mm与3.94±2.64mm，和216.8±2.4度与209.2±6.3度。在上述五种分量中，大气和陆地水储量负荷是季节性变化中最主要的两个贡献源，而陆地水储量的长期变化和里海海平面下降则是TEHN测站长期形变上升速率信号的主要贡献源。基于里海海平面变化的负荷形变实验分析表明，负荷形变对于负荷源的幅度大小和所在位置都很敏感。GRACE和GLDAS估算的陆地水储量负荷形变之间的差异主要反映在长期项而不是季节项上，揭示TEHN周围区域由于人为因素和环境因素导致的地下水枯竭（该效应不包含于目前的GLDAS数据）是陆地水质量流失的主要贡献源。另外，三类GPS高程时间序列所呈现出来的差异（尤其在季节时间尺度）表明其在垂直方向观测精度的不足，从而进一步证实将GPS观测与其他大地测量手段（卫星测高、卫星重力等）数据相结合研究地表负荷形变的必要性。