自1969年,Bowman等利用共振荧光激光雷达探测到高空钠原子后,世界各地的科研团队探测到了在80-105 km稳定分布的Na、K、Li、Fe、Ga、Ga⁺、Mg、Ni等金属原子离子层,并以此为示踪物实现了对大气温度和风场的观测以及对大气复杂动力学和化学过程的研究。2003年,Gong等在中国武汉观测到延伸至120 km的钠原子层,引起了广泛的关注,因为这种特殊的原子垂直分布特征拓宽了人们对于金属层的认知,温度和风场的探测范围也得到了有效的拓展。2011年,Chu等报道了铁原子层可以达到155 km,又一次刷新了人们对于大气金属层的认知和理解,对以共振荧光激光雷达为探测手段探究高空大气燃起更为饱满的希望。本文利用子午工程激光雷达网对延伸至120 km的低热层钠层和延伸至200 km的热层钠层展开研究,主要研究结果包括:1、低热层钠层:（1）利用2010-2016年延庆激光雷达11607小时的观测数据,筛选出38例高强度的低热层钠层,结果显示低热层钠层具有高度高、密度小、多出现在午夜前的特点,且有明显的季节变化和年变化;（2）统计2010-2016年十三陵台站观测到的Es层,结果显示其月变化与低热层钠层极为吻合,超过90%的低热层钠层的出现时间、高度与Es层一致;（3）通过比较相距237 km的延庆台站和平泉台站同时观测到的低热层钠层,结果显示低热层钠层具有较大的水平空间尺度。（4）三分之二的低热层钠层呈现出逐渐下行并汇入主钠层的趋势,且下行速率都与潮汐相速率相似;（5）利用2016年延庆双波长激光雷达观测数据,结果显示低热层钠层与低热层钾层发生在相同的观测夜间,且大多数低热层钠层和低热层钾层都分布在相同的高度并具有相同的演化趋势,只是密度的变化略有差异;（6）详细阐述了风剪切汇聚的离子与Es层中的电子中和、垂直风场输运金属原子并通过水平风场扩散这两种低热层钠层可能的形成机制。2、热层钠层:（1）首次实现了中纬度（35°-55°）地区热层钠层的观测,2017年9月-2018年9月延庆累计观测到4例热层钠层,包括一例前所未有的延伸至200km的热层钠层,其峰值密度达到35 cm^-3,下降速率为9.3 m/s,都刷新了人们对于大气金属层的认知;（2）通过延庆和平泉一年的观测数据比较,结果显示大多数热层钠层的水平尺度较小,不足250公里;（3）发现中纬度热层钠层和极区、低纬度地区观测到的热层钠层不同,即可能受到重力波的拖拽,也可能受到潮汐波的牵引;对于密切影响低纬热层钠层的喷泉效应和密切影响南极热层钠层的地磁活动,对中纬度热层钠层的影响却非常微弱。对中纬度地区热层钠层的深入研究填补了该研究在中纬度的空白,并结合其它观测数据及模型对其形成机制进行了探索,对于理解大气金属层的形成机制、探索中高层大气中的物理过程以及与电离层耦合具有积极的促进作用。