由于GRACE(gravity recovery and climate experiment)时变重力场模型直接解算质量变化时存在较大的误差，需要对其进行相应的滤波处理，提高质量变化的反演精度。本文总结了GRACE监测全球与区域质量变化的研究进展，分析了最新时变重力场模型的精度及其滤波方法；提出了基于重力位系数协方差阵的时变重力场滤波方法；分析了南极冰盖的质量变化、亚马孙流域陆地水质量和海平面变化。本文的研究成果及创新点主要包括以下几个方面：
(1) 提出了基于重力场位系数协方差阵的滤波方法和加权平均去相关滤波方法。利用GRACE时变重力场模型的协方差矩阵，设计出能有效削弱南北条带误差的抑噪滤波器，并处理了2003年至2011年Tongji-GRACE01模型。结果表明：经抑噪滤波器处理后质量变化的RMS明显小于P3M8去相关滤波器；若再进行高斯滤波平滑，两者之间的RMS差异随高斯滤波半径增大而减小。经抑噪滤波后的时变重力场计算的南极GNSS站的高程形变与GNSS监测结果明显相关，最大相关系数达到0.846 0，且与P3M8去相关滤波处理得到的高程形变十分吻合。
(2) 分析了南极冰盖的质量变化特性。利用CSR、JPL和GFZ发布的时变重力场模型以及Tongji-GRACE01模型，经抑噪滤波和高斯滤波后求得的南极冰盖质量变化速率与加速度；利用加权平均去相关滤波及高斯滤波，得到的南极质量变化速率及加速度；南极的27个流域冰盖，质量下降迅速的流域有8个(< -5 Gt/a)，主要集中在西南极。3个常用GIA(glacial isostatic adjustment)模型估计的南极冰盖质量变化分别为-129.43±34.82 Gt/a(Pau-5-AUT)，-178.16±40.29 Gt/a(W & W-4-AUT)，-89.89±37.79 Gt/a(IJ05_R2)，结果相差十分显著。
在东南极的Lambert-Amery system区域，基于抑噪滤波，2003—2011年LAS区域2003—2011年的质量变化分别为：13.15±4.93 Gt/a(CSR RL05)，10.04±5.14 Gt/a(GFZ RL05a)，5.95±5.71 Gt/a(JPL RL05)及14.17±4.88 Gt/a(Tongji-GRACE01)，都呈增长趋势，与测高数据一致；在西南极地区的南极半岛区域，基于抑噪滤波与高斯滤波相结合的方法计算的南极半岛质量变化为：-2.25±0.39 cm/a(CSR RL05)，-2.16±0.44 cm/a(GFZ RL05a)，-2.16±0.39 cm/a(JPL RL05a)，-2.40±0.42 cm/a(Tongji-GRACE01)，与Mascon方法计算的南极半岛的质量变化趋势一致。
(3) 研究了亚马孙流域陆地水质量的年变化特征。基于抑噪滤波与高斯滤波结合的方法估算的亚马孙流域陆地水质量变化周年及半年振幅分别为：28.2±2.6 cm、2.2±2.6 cm(CSR RL05)，28.1±2.5 cm、2.5±2.5 cm(GFZ RL05a)，27.9±2.5 cm、2.2±2.5 cm(JPL RL05)及26.1±2.4 cm、1.7±2.4 cm(Tongji-GRACE01)，与基于P3M8去相关滤波与高斯滤波估算的亚马孙流域陆地水质量变化周年振幅(28.4±2.6 cm、2.1±2.6 cm(CSR RL05)，28.6±2.4 cm、2.1±2.4 cm(GFZ RL05a)，28.1±2.6 cm、2.1±2.6 cm(JPL RL05)及26.7±2.4 cm、1.7±2.4 cm(Tongji-GRACE01))一致。基于不同数据利用不同滤波方法得到的亚马孙流域质量变化与水文模式GLDAS估算质量变化的相关系数，可达0.90左右，都呈现了较强的相关性。
(4) 探讨了全球区域和中国东海的海平面变化特性。利用GRACE数据、卫星测高及Argo数据对全球海洋区域及中国东海区域进行了分析。2005—2011年，基于抑噪滤波和高斯滤波，得到的全球海洋质量变化分别为1.3±0.2 mm/a(CSR RL05)，1.2±0.2 mm/a(GFZ RL05a)，1.1±0.2 mm/a(JPL RL05)与1.4±0.2 mm/a(Tongji-GRACE01)，Argo温盐数据估算的比容海平面变化趋势为0.7±0.2 mm/a，测高估算的全球平均海平面变化的2.2±0.2mm/a，GRACE估算的海洋质量变化和Argo估算的比容海平面变化之和，与测高数据估算的全球海平面变化，可以吻合，相关系数为0.7左右，呈现了一定的相关性。在中国东海区域，基于不同的GRACE数据，利用不同的滤波方法获得的东海平均海平面变化与利用波形重定的测高数据估算的东海平均海平面之间的相关系数在0.8以上，表现了较强的相关性，最大数值为0.85(Tongji-GRACE01+抑噪滤波+高斯滤波)。