地球表层水质量的运移和重新分布，对全球气候变化和人类生活具有重要的影响。充分了解全球地表物质运移的时空分布规律，特别是典型区域陆地水与海平面的变化规律及其成因，对全球气候变化的预测和机理研究具有重要的意义。随着GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力卫星的成功实施，高精度、全天候、高效快捷地获得全球中长空间尺度时变重力场信息成为现实。在陆地区域，时变重力场信息可以用于反演全球和区域陆地水变化信号，以及研究极地冰盖与山岳冰川质量平衡;在海洋地区，可以用于定量估计海水质量变化的时空分布，从而定量分离出海水质量变化（主要为海陆水质量交换过程）和比容海平面变化（温度与盐度变化引起的海平面变化）对全球和区域平均海平面变化（卫星测高结果）的各自贡献。　　本文首先介绍了陆地水与海平面变化的卫星重力监测研究历史与现状，然后系统阐述了卫星重力数据处理和计算海平面变化的基本理论与方法。在此基础上，对中国华北地区、中国青海地区和南美亚马逊地区的陆地水变化，以及中国近海（特别是中国南海）和全球的海平面变化开展了研究工作。论文主要包括以下几个方面的研究进展:　　(1)中国华北地区地下水损耗的卫星重力监测　　通过GRACE监测结果与地下水模型和地面实测资料的验证分析，首次利用GRACE数据，定量估计了华北地区地下水损耗速率及其时空分布。华北地下水损耗最严重的地区，位于太行山山前平原区和中央平原区。华北的深层地下水损耗速率高于浅层地下水损耗速率。2003-2010年，基于GRACE和水文模式估计的华北地区地下水损耗速率为2.2±0.3 cm/yr，这等效于8.3±1.1 km3/yr的地下水损耗。此外，我们详细分析了GRACE监测区域地下水变化的不确定性。　　(2)中国青海地区陆地水与冻土层水质量变化的卫星重力监测　　在中国青海地区，本文利用GRACE数据成功监测到冻土层水储量的季节变化和年际变化。研究发现，青海地区陆地水年际变化的主要贡献来自冻土层水储量的年际变化。此外，两者的年际变化对该地区降水量的年际变化，存在半年的“延迟响应”。我们给出了这一现象的合理解释:即夏季降雨增多后，在随后的冬季则有较多的水被冻结并保留在冻土层中，导致陆地水总量的增加。在趋势项上，冻土层、土壤水和地表水体对青海地区2003-2012年的陆地水储量变化趋势(0.9±0.2 cm/yr)的各自贡献基本相当。　　(3)南美亚马逊流域陆地水变化的卫星重力监测　　与处在半干旱的中国华北地区和处在季节性冻土区的中国青海地区不同，南美亚马逊流域的陆地水储量变化，主要来自表面水体和土壤水。本文利用GRACE资料成功监测到2005年和2010年亚马逊流域的干旱，并分析了其时空分布规律。扣除季节影响后，从2009年6月到2010年12月之间的亚马逊流域陆地水总量减少了1139±262km3，这相当于全球海平面上升3.2±0.7 mm所需水量。　　(4)中国近海海平面变化的卫星大地测量监测　　利用卫星测高、GRACE卫星重力和海洋实测与模式资料，我们在季节和年际尺度上，探讨了海水比容变化和海水质量变化，对中国近海海平面变化的影响。在季节尺度上，中国东海和黄海的海平面变化主要为比容海平面变化。卫星测高结果表明，1993-2011年的东海和黄海海平面变化趋势分别为2.1±0.5 mm/yr和1.7±0.6mm/yr。在中国南海的北部浅海区，GRACE观测到明显的海水质量季节性变化，其周年振幅为5.1±0.4 cm;利用另一种独立的方法（测高减比容）得到的周年振幅为5.2±0.4 cm，两者符合得很好。基于两种独立手段得到的南海海水质量变化周年振幅，在地理分布上也有很好的一致性。在吕宋岛西部的南海深海地区，比容海平面季节性变化占海平面变化的主要部分。在年际尺度上，南海平均海平面变化表现出明显的年际变化特征，且主要为比容海平面变化的贡献。卫星测高结果表明，1993-2011年的南海平均海平面变化为4.5±0.6 mm/yr，明显高于同期全球约3.2mm/yr的平均海平面变化趋势。GRACE卫星观测到的南海海水质量变化，没有表现出明显的趋势信号。这说明南海整体上与周边海域或陆地水的水循环是平衡的。