时频分析是时变非平稳信号的研究热点，是现代信号处理的重要工具。地形变观测获得的数据属于典型的非平稳时变信号，时频分析方法提供了信号时间域和频率域的联合分布信息，因而为地形变信号研究提供了新思路。本文在介绍了Wavelet变换、S变换和Hilbert-Huang变换原理的基础上，设计仿真数据及运用地形变数据，分析了形变数据处理中这三种方法各自的优劣、适用范围及需要改进的地方。分别对秒采样和整时采样的形变数据进行时频分析，得到了不同时频方法在提取异常时的效果。在充分认识了分析方法的基础上，对形变观测中可能影响数据质量的气象扰动现象进行的分析发现，不同的气象因素对形变数据在时频域上的响应不同。其中，气压对分钟值数据的影响明显，其在时频域上的表现为：优势频率低于0.05Hz，即周期大于20min，且在气压变化明显区域，信号能量较大；台风对秒值数据的影响较大，其影响频率集中在0.15Hz~0.3Hz；降水对整时值数据影响明显，其影响集中在低频部分。最后，对中国汶川、玉树和芦山、缅甸、巴基斯坦、日本最近发生的M7级以上地震前的地形变数据进行了Wavelet变换和S变换分析，结果发现，秒采样地倾斜数据在这些地震前的一段时间会出现两个、甚至于三个频率上的信号增强的现象，我们称之为“双频”&“三频”增强现象。