本文对卫星观测的大气温度进行了统计分析，对气球探测的大气温度和臭氧进行了垂直波数谱分析，对中层顶区的地基观测风场进行了初步的研究，结果表明大气温度、臭氧和风场存在逐日和季节变化，主要的研究结果如下：　　 1、利用COSMIC卫星无线电掩星观测的温度数据分析了全球范围的对流层顶参量的变化特性.全年分布的日平均温度表明，全球范围内的对流层顶温度和对流层顶高度分布的基本结果与利用无线电探空资料和欧洲气象局再分析数据得到的结果基本一致；对流层顶温度和对流层顶高度呈现明显的季节变化，赤道附近和中纬度地区的对流层顶高度变化与高纬地区的对流层顶高度变化出现反相；对流层顶温度和高度的变化呈现明显的南北半球不对称性。　　 2、以对流层项区域为过渡区域，分析与其上下相邻的对流层和下平流层的温度变化的特性。对2002年1月～12月北京地区上空1.67～8.02 km和13.57～19.92km高度区间归一化温度扰动进行了垂直波数谱分析，结果表明，单个垂直波数谱的谱斜率和谱振幅存在相当大的变化，这和线性饱和理论的预期不一致。平均垂直波数谱的谱斜率结果显示，不同季节和不同地方时的观测显示了很好的类似，即谱斜率非常接近于理论值-3.0，谱振幅和浮力频率的四次方成比例关系，表明对流层和下平流层的季平均谱很好地遵循线性饱和模式.但下平流层观测谱的谱振幅却明显偏离了线性饱和模式的理论预期值.从对流层和下平流层的垂直波数平均谱得到的盛行垂直波长在2.1～3.2 km之间，与文献中报导的结果大致相同。　　 3、目前还没有关于臭氧垂直波数谱研究的文献。我们使用加拿大Stony Plain观测站2003年6月到8月期间探测的12个臭氧剖面，首次分析臭氧扰动垂直波数谱。结果显示，单个垂直波数谱的谱斜率和谱振幅在对流层和下平流层表现出相当大的变化.在波数值m=1/(1000 m)处的平均谱的谱振幅，下平流层是对流层的30倍。进一步分析加拿大Stony Plain观测站9年(2000年～2008年)的观测数据，评估重力波在平均臭氧谱中的作用，研究臭氧方差剖面的季节变化和年际变化。分析中，为了减小对流层和下平流层间存在的谱振幅的差别，我们采用归一化臭氧扰动计算垂直波数谱，结果表明，平均归一化臭氧扰动垂直波数谱在对流层的谱斜率为-3.03，下平流层的谱斜率为-3.13，这与现行的重力波饱和模式的预期值-3非常一致.从平均归一化臭氧扰动垂直波数谱，得到盛行垂直波长，对流层为～2.5 km，下平流层为～2.8 km，这与利用风场和温度数据的分析结果～2.0和～2.5 km也存在很好的一致.臭氧平均谱的这两个结果进一步证明，在所选取的对流层和下平流层的高度内，臭氧扰动主要是受大气重力波的影响。另外，我们还发现季节平均谱在对流层和下平流层均存在较大的变化.并且有时两层之间的相关性较差，表明在对流层和下平流层有可能存在不同的波源。特别是，臭氧方差剖面在对流层和下平流层均存在非常明显不同的季节变化和年际变化。对流层的最大方差出现在每年的6月，而下平流层则出现在每年的年初.特别值得注意的是，在对流层，这些臭氧方差的季节变化和年际变化能够利用背景温度场进行较好的解释，而在下平流层，则能够利用对流源强度或者背景风场进行较好的解释。　　 4、利用子午工程光学干涉仪最新的大气风场观测数据，分析了中层顶区和热层大气风场的变化特征，结果表明：风场具有非常明显的逐日变化，观测期间内，87、98、250 km高度区域内的经向风和纬向风的平均值分别处在-16.5～8.7 m/s和-5.4～7.6 m/s、-24.4～15.9 m/s和2.3～23.0 m/s、-43.6～1.5 m/s和-22.6～49.3 m/s之间。与HWM93模式结果比较，气辉峰值高度87和98 km的风场平均分布与模式之间存在较好的一致性，半日潮变化相当明显；250 km高度的热层大气风场的探测结果与经验模式有较大的差异.观测结果还表明，子午工程光学干涉仪是一个适合探测中纬地区中层顶和热层风场的地基设备。