中性大气中的行星尺度波动及其在中间层、电离层耦合中的机制,是当前研究的热点问题。行星波从对流层向上传播的过程中,不断的将动量和能量释放到背景大气,从而引起大气背景风场、温度以及环流的改变,进而影响到全球的能量平衡,如行星波的破碎可以引起平流层突然增温等。行星波在中间层顶的耗散,能够引起热层大气组成成分的变化,进而影响到热层的光化学过程。另外,行星波可以借助于电离层E层的风力发电效应,间接引起F层电离层的扰动。除此之外,行星波也可以通过调制潮汐波,进一步引起热层、电离层的变化。因而,行星波作为能够引起不同大气层之间耦合的重要媒介,其研究不仅能够扩展我们对大气动力学的理论认知,也有助于增加我们对短期空间天气变化的认识,进而为人类近地空间环境的探索活动提供保障。本博士论文,将从准两天波的年际变化特征出发,研究平流层突然增温对准两天波的影响,以及11年太阳活动周期对准两天波活动的调制。然后,我们分析并总结了行星波信号在电离层参数中的形态,并进一步分别研究了行星波的经向风和纬向风分量在电离层E层的风力发电效应。虽然准两天波的季节变化已经比较清楚,但其年际变化特征却复杂多变。美国NASA发射的TIMED (Thermosphere Ionosphere and Mesosphere Electric Dynamics)卫星从2002年2月开始,已经在轨运行13年。其上面搭载的SABER (Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry)探测器能够对N20-110千米高度范围内的中性温度进行测量,而TIDI探测器则为我们提供了85-105千米高度范围内的中性风场数据。卫星探测数据的全球覆盖特性,使我们能够从周期和纬向波数两个基本参数,对行星波进行准确的分析。我们将首先利TIMED卫星2002-2011年观测的中性大气温度和风场数据,分析并总结波数为3(W3)和波数为4(W4)的准两天波的年际变化特征。我们发现在这10年中,W3的波动在2006年1月份达到最大值,其温度、经向风和纬向风幅度分别达到～15K、-65m/s和～35m/s；而其周期却只有43小时,是这十年当中最短的周期。准两天波的在2006年1月份的异常活动,与同一时期在北半球高纬度地区发生的强烈的平流层突然增温(SSW)相吻合。另外,我们还发现1、2月份的W3波动在2008-2009年达到极小值,而7、8月份的W4波动却在2008-2009年达到极大值,这又与太阳活动的极小年相吻合,并暗示太阳活动周期对W3和W4的调制存在差异。然后,我们利用TIME-GCM通过数值模拟的手段,详细研究了SSW对准两天波的影响,其中包括波数为3的准两天波(W3)和波数为2的准两天波(W2)。研究表明,北半球(冬季)中高纬度地区中间层顶的背景风场不稳定性,可以为W3提供额外并且显著的放大,但这种不稳定性在SSW期间减弱。在我们的模拟中,SSW期间北半球高纬度地区由于平流层风场的减弱或反向而产生的不稳定性,对于W3的放大作用不明显。南半球(夏天)的东风风场在SSW期间变强,这导致W3的波导在SSW期间变大,即SSW期间的背景风场更加有利于W3的传播。在SSW期间,W3的能量能够通过W3和波数为1的准静止波(SPW1)的非线性相互作用传递到子波,即W2。W2的EP通量矢量显示,其可以同时在夏天半球和冬天半球传播,这就导致了W2的温度和风场波动结构相对于赤道比W3更对称。在夏天(南半球)的高纬度地区,平流层顶部以及中间层的背景风场不稳定性,可以通过波与背景的相互作用,对W2进行放大。在冬天(北半球),W3和SPW1在中低纬度地区50-100千米高度范围内的非线性相互作用,为W2提供了额外的波源。在强的SSW期间,W2的波动也会更加剧烈。这一方面是因为在此期间SPW1更加活跃,从而传递到W2子波的能量也比较多。另一方面,是因为强SSW期间的背景风场比弱SSW期间更加有利于W2的传播。另外,夏威夷地区的中频雷达在1990-2006年连续工作了16年,其能够测量80-100千米高度范围的水平风场,这为我们进一步研究准两天波对11年太阳活动周期的响应提供了数据支持。卫星观测数据已经表明,W3和W4分别在1月份和7月份的准两天波活动中占主导地位,因而我们也将对中频雷达1月份和7月份的准两天波活动进行单独分析。分析结果表明：1月份经向风和纬向风的准两天波与太阳活动基本正相关,其相关系数分别达到0.45和0.6。但1月份的准两天波在1993和2003年的太阳活动高年达到峰值,这滞后于太阳活动1-2年。7月份的准两天波与太阳周期活动的关系比较复杂,7月份经向风的准两天波活动基本与太阳周期活动正相关,相关系数达到0.4；而7月份纬向风的准两天波活动与太阳周期活动更倾向于负相关,相关系数高达-0.7。在中间层与热层、电离层的耦合方面,我们从电动力学的角度出发,以6天波和超快速开尔文波为例,研究了行星波信号在电离层中的响应形态。地基GPS电子密度总含量(TEC)数据以及COSMIC卫星群的电子密度垂直廓线数据都表明,电离层参数可以表现出与中间层中性大气相似的行星波信号,这就证实行星波可以作为一种媒介,引起中间层与热层和电离层的耦合。进一步的分析表明：电离层对行星波的响应,无论在纬向结构和高度分布上,都与电离层的赤道异常相吻合,即行星波对电离层扰动的最大幅度位于赤道异常的峰值区域,而极小值位于磁赤道附近。另外,扰动的最大值在一般在1400-1800LT之间,这也与喷泉效应的形成时间相吻合。这说明,行星波的风场波动很可能通过与E层背景风场的叠加,对喷泉效应进行了调制,进而通过E×B引起的粒子垂直漂移将行星波信号传播到F层电离层。最后,我们通过TIME-GCM的控制实验,以波数为2和波数为3的准两天波为例,分别研究了行星波的经向风和纬向风分量的风力发电效应。我们的研究表明,W2和W3可以直接通过E区的风力发电效应,引起相应的离子垂直漂移,但由于W2和W3的风场波动具有不同的纬向结构和相位,这造成W2和W3引起的离子垂直漂移具有显著的不同特性。W2的纬向风和经向风波动引起的离子垂直漂移,在相位上正向相关,这导致了由总风场波动引起的粒子垂直漂移要远远大于由单个风场波动引起的离子垂直漂移,并且在赤道地区形成了极大值。而由W3的经向风和纬向风引起的离子垂直漂移存在一定的相位差,并且在赤道附近的相位基本相反。这导致了由W3总风场引起的离子垂直漂移在赤道地区比中纬度地区弱。我们的分析清楚的表明,行星波的幅度、相位、纬向结构以及垂直结构,在中性大气与电离层耦合中都是非常重要的因素。在本博士论文中,通过平流层突然增温对准两天波的影响以及11年太阳活动周期对准两天波的调制的研究,我们对于准两天波年际变化产生的原因有了更深的认识。我们从观测数据归纳了行星波对电离层扰动的形态特性,并通过数值模拟分别研究了行星波的经向风和纬向风波动的风力发电效应,这进一步完善了中间层和电离层耦合的机制研究。