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水是人类生存的基本要素，一方面，随着世界人口增加和农田扩张，水资源需求量不断增加，另一方面，全球气候变化、水污染、干旱等问题引起了水资源短缺的现象日益严重。因此，水资源安全已引起全球广泛关注，而保证水资源安全，对于干旱区或半干旱区国家具有更重要意义。在干旱区和半干旱区进行水资源监测的难点在于:(1)这些地区属于欠发达地区;(2)这些地区可达性较差;(3)收集地面数据困难;(4)对于水资源的监测缺乏资金支持。因此，欠发达地区的水资源需要实时准确的监测，以此来辅助政府决策。遥感数据为高效的水资源监测提供了新的技术手段，已经被广泛应用于中国北部、中东和非洲大部分地区。本研究使用遥感数据和地表过程模型监测水资源变化，主要研究结论如下: 1.通过融合GRACE数据和地表过程模型，探讨了中国北方2002年-2012年间地下水的消耗速率。结果表明，中国北方地下水减少的主要原因是农业灌溉。地表水分储量平均下降速率为14.09±1.74×109m3/yr，相当于9.39±1.16mm/yr。基于GRACE数据和CLM4.5数据分析的结果表明自然要素和人为要素引起地下水位下降12.78±1.56×109m3/yr，相当于8.52±1.04mm/yr;而人类活动引起地下水水位下降速率为19.50±1.71×109m3/yr，相当于13.00±1.14mm/yr。 2.基于2006年-2014年的MODIS植被健康指数时间序列数据，定量分析了美国Kansas州农业干旱状况的时空变化情况，并使用AMSER卫星数据和TRMM卫星数据验证了监测结果。结果表明，2006年-2013年间，2011年-2013年的干旱面积较大，而自从1988年以来，2012年干旱造成的影响最大。本研究表明遥感数据具备监测水资源变化的潜力，为水资源变化监测提供了新的技术手段，为快速、稳定的监测农作物生长提供数据保障，为决策提供了理论基础。 3.根据水量平衡方程，使用地表模型计算地表径流，综合使用GRACE数据和降水数据分别估算了中国全国和海河流域的蒸散量变化趋势。全国月平均蒸散量为45.13mm，蒸散量的增加量为3.45mm。海河流域月平均蒸散量为44.12mm，蒸散量的增加量为2.72mm。该研究表明结合遥感数据和地表过程模型进行水循环监测是具有较大潜力的，为水循环监测提供了新的技术方法。