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地球系统各圈层之间相互联系且相互制约，形成了人类赖以生存的自然环境。因此，认识各圈层之间的相互作用关系及其演化趋势与人类生存的可持续发展息息相关。地球系统的质量迁移是地球各圈层间相互作用的直观反映，因此我们可以通过研究质量迁移来分析地球表面及内部的动力过程，并推演其变化趋势。GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)卫星重力计划的实施为大尺度的质量迁移研究提供了有效手段。本文联合GRACE卫星重力数据与其它空间大地测量及水文观测资料研究了青藏高原和芬诺斯堪底亚的质量迁移问题。主要研究内容和成果如下：
1.青藏高原周缘的冰川质量变化
我们利用2003?2016年间的卫星重力数据评估了青藏高原周缘的冰川质量变化。结果显示，青藏高原周缘冰川总的质量变化速率为?23.5±1.8Gt/yr，印度北部地下水的亏损速率为?19.8±1.4Gt/yr。我们发现青藏高原周缘冰川的融化速率存在显著的地域性差异。沿念青唐古拉-喜马拉雅-帕米尔，由东到西融化速率逐渐变缓。昆仑山的冰川甚至呈微弱的增长趋势。天山冰川的质量变化速率也不均匀，东天山的融化速率约为西天山的5倍。我们还发现不同冰川的年际波动有显著差异。在冰川融化最快的两个区域，即东天山和念青唐古拉山，冰川的年际波动却最弱。
2.青藏高原内陆的质量变化
我们联合2003?2009年间的卫星大地测量资料与水文模型数据对青藏高原内陆的质量变化信号进行了分解，提取出了可能的构造质量迁移信号。我们发现青藏高原内陆有三个构造质量变化的显著区域，分别位于西部(1.47±0.43cmw.e./yr)、中部(?0.85±0.53cmw.e./yr)和东部(1.51±0.56cmw.e./yr)。其中，由地表变形引起的质量变化速率分别为0.33±0.15、0.30±0.10和0.14±0.24cmw.e./yr，不能完全解释构造质量变化信号，表明青藏高原的莫霍面可能正在发生变形。我们估计了青藏高原内部的莫霍面变形速率，发现整个莫霍面呈不均匀变化。西部和东部的莫霍面分别以18.1±7.2mm/yr和21.7±9.7mm/yr的速率上升，而中部则以?18.3±8.6mm/yr的速率下降。
3.斯堪的纳维亚冰川与湖泊的质量变化
我们研究了斯堪的纳维亚冰川与湖泊的年际质量变化。结果显示斯堪的纳维亚冰川在2003?2016年间的整体消融速率为?1.0±1.1Gt/yr。我们发现冰川的积累机制在斯堪的纳维亚山的不同区域表现出差异性，中部山区的冰川质量变化主要受降水驱动。多种观测数据共同识别出了发生在斯堪的纳维亚南部湖泊区的干-湿(2005/2006)和湿-干(2012/2013)转换事件。我们发现冰川区由北风和南风控制，而湖泊区则主要由南风控制。这种驱动因素的差异直接造成了冰川和湖泊质量积累机制的不同。本研究证实了卫星重力观测具备监测小尺度冰川变化的潜力。
4.芬兰的陆地水储量变化
我们利用卫星重力和水文气象数据研究了2003?2016年间芬兰的陆地水储量变化。为了削弱泄漏效应以精确地反演出芬兰各流域的水储量变化，我们同时考虑了反演方法的适用性与流域的差异性，提出了一种组合的质量反演策略。我们发现芬兰境内的不同流域质量变化趋势存在显著差异，质量趋势波动范围为?0.44cmw.e./yr至0.53cmw.e./yr。在芬兰南部，卫星重力观测与绝对重力观测有很好的一致性，两者之间不存在时间延滞。芬兰境内流域的年周期质量变化由积雪主导，同时，积雪造成了陆地水储量与降水之间的显著相位差。
1.青藏高原周缘的冰川质量变化
我们利用2003?2016年间的卫星重力数据评估了青藏高原周缘的冰川质量变化。结果显示，青藏高原周缘冰川总的质量变化速率为?23.5±1.8Gt/yr，印度北部地下水的亏损速率为?19.8±1.4Gt/yr。我们发现青藏高原周缘冰川的融化速率存在显著的地域性差异。沿念青唐古拉-喜马拉雅-帕米尔，由东到西融化速率逐渐变缓。昆仑山的冰川甚至呈微弱的增长趋势。天山冰川的质量变化速率也不均匀，东天山的融化速率约为西天山的5倍。我们还发现不同冰川的年际波动有显著差异。在冰川融化最快的两个区域，即东天山和念青唐古拉山，冰川的年际波动却最弱。
2.青藏高原内陆的质量变化
我们联合2003?2009年间的卫星大地测量资料与水文模型数据对青藏高原内陆的质量变化信号进行了分解，提取出了可能的构造质量迁移信号。我们发现青藏高原内陆有三个构造质量变化的显著区域，分别位于西部(1.47±0.43cmw.e./yr)、中部(?0.85±0.53cmw.e./yr)和东部(1.51±0.56cmw.e./yr)。其中，由地表变形引起的质量变化速率分别为0.33±0.15、0.30±0.10和0.14±0.24cmw.e./yr，不能完全解释构造质量变化信号，表明青藏高原的莫霍面可能正在发生变形。我们估计了青藏高原内部的莫霍面变形速率，发现整个莫霍面呈不均匀变化。西部和东部的莫霍面分别以18.1±7.2mm/yr和21.7±9.7mm/yr的速率上升，而中部则以?18.3±8.6mm/yr的速率下降。
3.斯堪的纳维亚冰川与湖泊的质量变化
我们研究了斯堪的纳维亚冰川与湖泊的年际质量变化。结果显示斯堪的纳维亚冰川在2003?2016年间的整体消融速率为?1.0±1.1Gt/yr。我们发现冰川的积累机制在斯堪的纳维亚山的不同区域表现出差异性，中部山区的冰川质量变化主要受降水驱动。多种观测数据共同识别出了发生在斯堪的纳维亚南部湖泊区的干-湿(2005/2006)和湿-干(2012/2013)转换事件。我们发现冰川区由北风和南风控制，而湖泊区则主要由南风控制。这种驱动因素的差异直接造成了冰川和湖泊质量积累机制的不同。本研究证实了卫星重力观测具备监测小尺度冰川变化的潜力。
4.芬兰的陆地水储量变化
我们利用卫星重力和水文气象数据研究了2003?2016年间芬兰的陆地水储量变化。为了削弱泄漏效应以精确地反演出芬兰各流域的水储量变化，我们同时考虑了反演方法的适用性与流域的差异性，提出了一种组合的质量反演策略。我们发现芬兰境内的不同流域质量变化趋势存在显著差异，质量趋势波动范围为?0.44cmw.e./yr至0.53cmw.e./yr。在芬兰南部，卫星重力观测与绝对重力观测有很好的一致性，两者之间不存在时间延滞。芬兰境内流域的年周期质量变化由积雪主导，同时，积雪造成了陆地水储量与降水之间的显著相位差。