在电离层底部，大气中间层和低热层(mesosphere and lower thermosphere，简称MLT)区域，通常指约70-130 km高度范围的区域，是高层大气中极为重要的区域。在此区域，从低高度往上传播的大气波动控制了这个区域的动力学过程，并把能量和动量从较低高度的大气层传输到电离层高度，在大气层/电离层耦合中发挥了决定性作用。这些大气波动主要有重力波、潮汐和行星波，其中，由太阳辐射提供能量的大气热力潮汐幅度最大，且不间断出现，对MLT区域的动力学过程和大气层/电离层耦合中的能量传输过程起着关键作用。　　鉴于大气波动在大气层/电离层耦合研究中的重要和关键作用，本文将首先利用中国科学院地质与地球物理研究所(IGGCAS)新建成的120°E北半球中、低纬的流星雷达观测链研究了MLT区域该链上大气潮汐的高度分布特征和季节依赖性;并结合经典潮汐理论，映射子午链上北半球中、低纬MLT区域潮汐的区域性结构（纬度-高度分布及季节变化）。其次，为了下一步深入研究电离层对大气波动的响应，本文还采用电离层较为成熟的观测结果——TEC-GIMs驱动构建NmF2的全球地图;最后利用TEC的扰动特性定义一种新的扰动指数，并应用该指数确立电离层接受来自中高层大气及日地空间的主要贡献源。本文的上述两部分内容揭示了MLT区域大气潮汐的特性及全球电离层结构的变化性，这为进一步开展大气层/电离层耦合研究奠定了基础。　　本文的具体工作和研究结果如下:　　1.在IGGCAS流星雷达链长期连续观测的基础上，利用傅里叶级数拟合的方法进行潮汐频谱分析，并在此基础上研究MLT区域背景风场及不同频率潮汐成分的纬度（台站）差异、高度分布和季节依赖性。分析结果表明:　　(1)背景风场的特性。漠河、北京、武汉和三亚（纬度递减）4个观测站上空纬向风的背景风场都远大于经向风的背景风场。纬向风具有明显的高度分布和季节依赖性:以西风为主，尤其在夏季～95 km高度和冬季～80 km高度幅度较大;在夏季较低高度(～80 km)西风减弱并可能反向（东风），并且东风带随台站纬度减小而逐渐分离成两部分，分别提前和推迟出现，在纬度最低的三亚出现在春秋分附近。经向风的背景风场夏季以赤道向风为主，冬季以极向风为主，但随着这四个台站纬度的增加，极向风的覆盖月份和高度都随之增加，从三亚的冬季、低高度过渡到漠河站的除夏季外的大部分高度。　　(2)潮汐成分的纬度变化。周日潮汐在低纬台站（三亚和武汉）起主导作用;半日潮汐在中纬台站（北京和漠河）起主导作用;8小时潮汐在所有台站都较弱，在观测区域内纬度变化规律不明显。　　(3)潮汐成分的高度变化。周日潮汐和半日潮汐的幅度在观测区域(70-110km)一般都具有峰值结构，周日潮汐的峰值高度较半日潮汐峰值高度低，可能存在的8小时潮汐的峰值高度在观测区之上。不同频率潮汐成分的相位有明显的向下传播趋势，表明其能量是向上传播的。根据相位的垂直梯度，周日潮汐的波长较短，半日潮汐和8小时潮汐较大。大部分台站的相位是单调向下传播的，垂直梯度变化较小，可能对应某个主导Hough模。　　(4)潮汐成分的季节变化。不同频率的潮汐成分具有较强的季节依赖性，峰值主要出现在分点季节:周日潮汐春分（指北半球季节，下同）幅度值大于秋分值，但在11月存在次极大，且超过秋分值;半日潮汐春分幅度值小于秋分值，在冬季幅度也比较大。相位的变化也存在季节依赖性:周日潮汐在夏季高高度，相位垂直梯度较大，反之，相位变化较为平缓;半日潮汐相位的垂直梯度在夏季较小，在冬季较大。　　2.利用IGGCAS流星雷达链的风场观测数据，结合经典潮汐理论进行了不同频率潮汐成分的潮汐波模（Hough模）分解，在此基础上提出了一种MLT区域潮汐风场的映射方法，由此给出了北半球中、低纬120°E子午面MLT区域潮汐风场纬度、高度和地方时三维分布。研究结果表明:　　(1)潮汐波模。周日、半日和8小时潮汐主导模为某一阶对称模，分别为(1，1)模、(2，4)模和(3，5)模。(2，3)模和(3，3)模分别对半日潮汐和8小时潮汐也有重要的贡献。不同频率潮汐成分各阶模的主导作用也存在季节依赖性:周日潮汐的主导模为(1，1)模，(1，2)模和(1，3)模的贡献率也较大，尤其在春秋分，幅度较大。在冬季，半日潮汐的主导模为(2，4)模，但(2，3)模和(2，5)模也起着重要作用;在夏季，各阶模的主导作用不明显;半日潮汐各阶模在分点季节较大，但极值主要出现在秋分季节;另外，冬季存在次极大。8小时潮汐各阶模的幅度相对于周日潮汐和半日潮汐来说较小，但各阶模也存在较强的季节依赖性，在分点季节极大，春分大于秋分，在11月存在次极大。　　(2)潮汐成分。对分解的潮汐波模进行合成后得出不同频率的潮汐成分，结果表明:周日潮汐主要在热带地区和亚热带地区占主导作用，半日和8小时潮汐在中纬地区较为重要，但8小时潮汐的幅度较小。另外，在热带地区半日和8小时潮汐也有一定强度，尤其是有较大的经向风分量。周日潮汐峰值高度在94km附近，半日和8小时潮汐的幅度峰值应该在更高高度（超出观测范围）。另外，各频率潮汐成分的相位都向下传播，并有纬度变化;周日潮汐所对应的相位的纬度变化较为平缓，存在着主导模;半日潮汐和8小时潮汐的相位的纬度变化明显，表明存在多个波模的贡献。此外，不同的潮汐成分具有很强的季节依赖性:周日潮汐和半日潮汐在分点季节达到极值，但周日潮汐，春秋分相比，春分季节幅度较大，大于11月份的次极大;半日潮汐秋分季节幅度大于春分季节，与冬季极大较为相当;随着高度的增加，这种季节差异更明显。　　(3)潮汐风场。对分解的潮汐波模合成的潮汐成分进行重建后得出不同的风场分量，结果表明:纬向风和经向风大小相当，且具有规则的日变化:在较低高度和较低纬度，潮汐风场以周日变化为主，在较高高度和较高纬度，潮汐风场以半日变化为主。此外，潮汐风场在较低高度的峰值时间比较高高度滞后，表明潮汐成分的相位是向下传播、能量向上传播。另外，水平风场也具有一定的季节依赖性:纬向风以西风为主，尤其是在夏季的较高高度和冬季的较低高度西风的强度较大。在较低高度，经向风夏季以赤道向风为主，冬季以极向风为主;但随着高度的增加，赤道向风和极向风的强度随之增加，尤其是春秋分的较低高度和冬季的较高高度，主导风向不明显。　　3.利用1998-2012年间全球电离层垂测台站的峰值浓度(NmF2)观测和美国喷气动力学实验室(JPL)提供的全球TEC电离层地图(TEC-GIMs)等数据，提出了基于典型相关分析(CCA)的映射算法，建立了由TEC驱动的单站NmF2经验模式，并尝试构建与TEC具有相同时空分辨率的全球NmF2地图(NmF2-GIMs)。结果表明:　　(1)单站模式。CCA中的统计本征模——CCA基函数和对应的CCA幅度具有较明确的物理意义，表征了TEC和NmF2的短期变化（周日变化）和长期变化（太阳活动依赖性、年变化、半年变化以及季节变化等）。对CCA模式值和观测值及国际参考电离层(IRI)的相应结果进行了比较，结果表明，基于CCA的映射算法收敛速度快，精度较高，即以少数低阶项就能重现观测值的主要变化特性;CCA模式结果的精度（与观测值的相关系数更高、均方根误差更小）略高于IRI结果。该模式的意义在于，可以利用连续TEC的观测驱动合理地填补单站NmF2的观测缺失值，得到单站NmF2的连续变化。　　(2)全球模式。NmF2-GIMs具有与TEC-GIMs相同的时空分辨率。NmF2-GIMs与IRI-07所得结果大小相当，主要结构一致。由全球模式得到的对应的模式值和观测值对比可以发现，NmF2-GIMs很好地重现了全球测高仪台站（57个提供长期观测数据的台站）的NmF2的变化特性;与IRI-07的预测相比，NmF2-GIMs精度略高。该模式的意义在于，可以利用高时空分辨率的TEC-GIMs驱动预测同时空分辨率的NmF2-GIMs，获得过去观测上无法得到的NmF2全球分布。　　4.利用全球电离层JPL TEC-GIMs数据，在已经建立TEC气候学模式的基础上，定义了一种新的描述电离层扰动变化特性的全球TEC起伏指数σDGEC，并利用偏相关分析方法确定引起电离层扰动变化的主控因素，建立以主要贡献源驱动的回归模型。研究结果显示:　　(1)偏相关分析。TEC起伏指数σDGEC与太阳活动指数F107、地磁活动指数Ap显著正相关，此外，太阳活动指数F107和年变化、半年变化的交叉项和F107、dF107的二次项与σDGEC也有一定相关关系。　　(2)多元回归模型。在偏相关分析的基础上，以TEC起伏指数的主控因素作为驱动量，建立了σDGEC的多元回归模型。　　综上所述，本文完成了高层大气潮汐分析和电离层全球分布与扰动分析两方面的内容。首先，利用IGGCAS流星雷达链的观测，初步研究了MLT区域该链上空大气潮汐的高度分布特征和季节依赖性;并结合经典潮汐理论，重建了流星雷达观测链上北半球中、低纬MLT区域潮汐的区域性结构，该重建方法在某种程度上解决观测中时间覆盖和空间覆盖不能两全的问题。因此，由该观测链上已有流星雷达观测数据，实现MLT区域潮汐参量的重建对MLT区域潮汐结构的深入研究和监测都具有重要意义。其次，利用电离层较为成熟的观测结果——高时空分辨率的TEC-GIMs驱动构建NmF2的全球地图，该地图能给出合理的NmF2分布，并与现有TEC-GIMs保持相同的时空分辨率。最后，利用TEC的扰动特性定义一种新的扰动指数，并利用该指数确立电离层接受来自中高层大气及日地空间的主要贡献源，建立以主控因素驱动的回归模型。该指数为全球电离层扰动变化提供了一个简单和直观的度量，是可以描述电离层TEC起伏变化的有效指数。