重力场的变化反应了地球质量的变化,地球质量分布并不稳定,在地球上人口密集,经济快速发展的地区出现了水资源的严重不足,一些地区地下水的过度开采导致地下水快速下降,而且受全球气候变化的影响,两极地区冰川出现大面积的融化。GRACE卫星的发射提供了监测大范围区域质量变化的方法。本文利用GRACE RL05数据估计了2003年1月至2012年12月问的全球质量变化,选取质量变化较为明显的几个地区进行详细分析。文中的相关研究内容及结果概括如下：(1)描述了卫星重力测量的发展历程,介绍了国内外的研究成果。详细分析了采用GRACE时变重力场模型反演质量变化的理论与方法,重点阐述了数据后处理过程中常用到的一些滤波方法,并分析各滤波效果。根据传统的去相关滤波无法直接拟合数据序列两端数据,提出一种改进方法,实现其边界系数无需作为滑动窗口中心直接拟合并使最高拟合达到55次,改进后的去相关滤波效果更好。(2)分析了全球陆地水储量年际变化和季节性变化,选取中国大陆及印度半岛、亚马逊流域变化明显的地区做局部水储量分析。结果显示,2003-2012年问,中国大陆的三峡水库以及新疆阿尔金山自然保护区水储量年际变化呈现增加,华北地区水储量变化呈现下降。华北平原地下水以4.1mm/yr速度减少,研究期间内,水储量的变化主要是在2004至2008年间,地下水的减少是引起其重力变化的主要原因；三次蓄水导致三峡地区的等效水高值发生了52mm、18mm及7mm的变化,该结果证明GRACE能够捕捉表面水量引起的重力变化；新疆阿尔金山地表水先增加后下降,且在2005年出现跳跃增加,整个研究期间内,阿尔金山地区的总的陆地水储量以1.06cm/yr的速度增加,而地下水则以1.16cm/yr速度增加。印度西北地下水变化非常明显,其地下水下降主要是在2010年之前,其下降速度为-16.5mm/yr,而在2010年以后趋于稳定。十年间,该地区地下水以-15.3mm/yr的速度减少。印度半岛和亚马逊流域受周年信号和半周年信号影响较强,亚马逊流域周年振幅和相位分别为176mm和126d,半周年振幅值为79mm,降水是影响该地区水储量季节性变化主要原因。(3)研究了南极和格陵兰岛冰盖融化及对海平面的影响,分析了采用不同GIA(glacial isostatic adjustment)模型对研究冰盖融化的影响。结果显示,南极地区冰盖融化主要是在西南极,而在东南极冰盖呈现积累,南极整体表现为加速融化状态。研究期间内,整个南极的冰盖质量变化速率和加速度分别为-75.5±40.3 Gt/yr、-21±4.0 Gt/yr2,对海平面上升的贡献率为0.20±0.11 mm/yr、0.06±0.01 mm/yr2。格陵兰岛冰盖融化主要是在南部和西北部,自2010年开始,格陵兰岛冰盖融化速度加快。2003-2012年间,整个格陵兰岛冰盖融化速率和加速度分别为-162.3±21.8 Gt/yr、-17.7±4.5 Gt/yr2,对海平面上升的贡献率为0.45±0.06 mm/yr、0.05±0.01 mm/yr2。GIA模型的采用是影响冰盖融化研究的重要因素,其模型误差是研究冰盖融化误差的主要来源。南极和格陵兰岛受周年信号影响较强,南极周年变化振幅值和相位分别为8.1mm,300d,格陵兰岛最大周年振幅高达60mm,整个格陵兰岛相位为150d。