水是生物赖以生存的资源,陆地水与人类的生活密不可分。研究陆地水储量的变化,是探究自然现象,如厄尔尼诺现象、拉尼娜现象及人为因素,如地下水抽取、修建水利等对水资源影响程度的重要手段。陆地水储量的变化可能会引起诸如洪水、干旱等灾害的发生,将直接关系到人们的生活安全与经济建设,所以,对陆地水储量进行有效探测,具有重要的科学与实际应用意义。利用全球定位系统GPS(Global Positioning System)以其实时高精度和自动化等特点,被广泛地应用于监测地表位移、板块运动及反演陆地水等负荷。GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力卫星通过探测地球时变重力场,研究地表负荷源变化,可实现全球大尺度陆地水储量动态监测。本文探讨了联合GRACE和GPS资料在陆地水储量研究中的实际应用,主要工作和取得的成果如下:总结了目前国际上基于GRACE观测数据反演陆地水储量变化的方法及研究进展;对GRACE时变重力场模型在陆地水储量变化、冰川消融、海平面变化等方面的重要成果作综述;并探讨了联合GRACE和GPS研究陆地水储量及地表位移的方法及前沿进展。以GRACE Level-2数据为基础,研究了长江、黄河、淮河和珠江四大流域2005—2010年间的水储量变化,同时利用EOF滤波分析了2010年厄尔尼诺现象对中国陆地水储量的影响。并发现当EOF滤波应用于全球陆地水储量变化计算时,中纬度地区、北美西部及格陵兰岛等地陆地水储量信号泄露现象可明显减轻。特别的,探讨了Forward Modelling方法在亚马逊流域和尺度因子法在我国四大流域中对恢复GRACE信号泄露现象的有效性。利用模拟实验验证了改进的经验模态分解方法MEEMD(Modified Ensemble Empirical Mode Decomposition)在信号分离中的优势。以MEEMD为基础,得到了适合于非平稳时间序列分析的改进的EEMD方法,并使用其提取了长江、黄河、淮河和珠江流域水储量中约3.05、2.37、2.37和2.13年的水循环周期。最后,利用GRACE计算结果验证了四川GPS站点位移中的周年项主要是由于陆地水储量的季节性变化所致,并计算了陆地水在GPS垂向时间序列中的贡献;最终发现,四川地区多变的地形与气候,可能是GRACE所得陆地水储量与GPS站点垂向时间序列间相位差存在的原因。