热层大气是地球中高层大气环境的重要组成部分,而磁暴作为一种典型的灾害性事件对热层大气会产生显著的影响,热层大气的磁暴响应研究因而具有重要的科学意义。但限于观测的缺乏,热层垂直风场的磁暴响应研究很少,特别是其响应的物理机制尚不明确。本文使用Thermosphere Ionosphere Mesosphere Electrodynamics General Circulation Model（TIMEGCM）模拟了2005年9月由日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection,CME）引起的地磁暴事件,研究了中纬度热层垂直风场对地磁暴事件的响应过程,利用TIMEGCM中动力学方程和连续性方程的诊断分析模块,揭示了暴时垂直风场和水平风场变化的潜在联系,并分析了水平风场变化的物理机制。本文的主要结果和结论如下:（1）250 km以上暴时中纬度水平风场的变化决定了垂直风场的变化,且100-250 km的垂直风由高高度的风场拉动,因此可以通过分析暴时水平风场的变化来解释垂直风场的变化。通过分析纬向风场和经向风场对水平风场变化的贡献,可以得到纬向风风场和经向风场对垂直风场变化的影响。结果显示,09/10的垂直风场主要是由纬向风场的变化来驱动,而由于09/11的地磁扰动强度变化远大于前一天,我们得出了截然不同的结论,在09/10地磁扰动开始阶段（0600UT-0800UT）,经向风沿经线的变化对垂直风的变化起主导作用,随着地磁暴的发展,0800UT-2400UT纬向风场沿纬线的变化对垂直风的变化影响更大。而到了09/11,0000UT-0400UT的结论是延续了09/10在0800UT-2400UT期间的结论,即纬向风场沿纬线的变化对垂直风的变化影响更大,在0400UT-2400UT才转变为经向风场沿经线的变化对垂直风的变化起主导作用。并且,每当地磁扰动强度急剧增大时,经向风场的变化会随之增加,而每当地磁扰动减小时,纬向风场的变化会随之增加。分析48小时内Kp值变化发现,09/11内Kp值的波动增长远大于前一天,因此经向风场的变化远大于纬向风场;反之在09/10,纬向风场的变化远大于经向风场。（2）地磁扰动急剧增强时,温度梯度沿经线传播,此时经向风场沿经线的梯度比纬向更为明显,经向风场对垂直风的变化起主导作用;而当地磁扰动减弱或者增长幅度缓慢时,温度梯度沿纬线传播使纬向风场梯度较为明显,纬向风场对垂直风的影响更大。通过对比温度沿着经纬线的扩散过程可以发现,地磁扰动强度急剧增大时,通过焦耳加热的作用,极区热层大气会迅速增温,这种增温顺着经线从高纬度传递至低纬度,而由此沿经线上的温度梯度会造成经向风场的变化增加。地磁扰动强度增长缓慢或者减小时,此时极区焦耳加热减弱,由焦耳加热产生的高纬-低纬温度梯度减弱,温度开始沿着纬线横向传递,此时纬向风场的变化增加。在48小时内的温度传播与纬向风场的变化具有较好的相关性,09/11经向风场的变化与温度传播关联性较低。当09/10纬向风场的变化对垂直风起主要作用时,经向风始终保持西向;而到了09/11经向风场的变化对垂直风的影响更大时,纬向风始终保持南向。（3）地磁扰动急剧增强时,气压梯度力和粘滞力成为了经向总加速度的主要动力项,经向风场的变化随之增强,因此经向风场对垂直风的变化起主导作用;当地磁扰动减弱或者增长缓慢时,由温度变化引起的气压梯度力和水平平流项为纬向总加速度提供了主要动力,此时纬向风变化较大,因此纬向风场对垂直风的影响更明显。对48小时内的纬向风场而言,由温度变化引起的压力梯度力和水平平流项是造成纬向总加速度变化的主要物理机制,而科氏力、粘滞力以及离子拖曳力作为反应力始终是次要物理机制,离心力和垂直对流项在磁暴期间对纬向总加速度均无明显贡献。对于48小时内的经向风场需要分开讨论,在09/10由温度变化引起的压力梯度力是引起经向加速度变化的主要物理机制,而到了09/11,温度不再是影响气压梯度力的唯一因素,粘滞力由于地磁扰动的大幅增强,跃升为了主要物理机制之一。并且离心力也产生了对经向总加速度变化的影响。垂直对流对于48小时内的经向风场变化无贡献。