GRACE重力卫星是新一代国际卫星重力计划的第二个阶段,通过反演地球时变重力场,进而估算陆地水储量变化。自GRACE重力卫星发射以来,获得国内外研究学者广泛关注,至今取得了很大的研究进展。目前研究表明,其可以识别出陆地水储量1.5cm等效水柱高变化。我国西北地区属于干旱半干旱气候,水资源较紧缺,生态环境较脆弱,研究其水资源分布特征对西北地区经济发展及生态环境保护意义重大。而西北地区地域辽阔,地面水位监测点有限,GRACE重力卫星在该地区的应用可以弥补其常规观测方法时空分辨率低的不足,为研究西北地区陆地水储量变化分布提供了新方法。本文对GRACE重力卫星及其反演水储量变化的原理进行了详细的阐述,利用GRACE重力卫星数据反演了西北地区陆地水储量变化。并结合全球陆面资料同化系统GLDAS数据,去除陆地水储量变化中土壤湿度变化及雪水当量变化,得到地下水储量变化,与研究区内分布监测点实测地下水位变化进行对比验证,取得了较好的验证结果。并在此基础上,收集研究区各省份地下水开采量及年降水量信息,分析地下水储量变化与其关系。陆地水储量反演结果表明:在时间上,西北地区陆地水储量总体呈现下降趋势,每月减少0.014cm,相当于每年减少53.5亿m~3。在空间上,2002-2015年间陆地水储量减少区域约为224万km~2,增加区域约为106万km~2。西北地区陆地水储量总量的变化与降雨的季节变化一致,表明西北地区降水是最重要的陆地水来源。对反演水储量变化的分析研究表明:GRACE数据与GLDAS模型数据反演得到的地下水储量变化与监测点实测地下水位变化表现出趋势一致的年际及年内特征,表明GRACE重力卫星在西北地区水储量变化反演方面具有一定的适用性。西北地区地下水储量变化与地下水开采量呈现负相关关系,与降水量相关性不明显,表明逐渐增加的地下水开采量加剧了地下水储量的消耗。