由于大气层中各层之间相互耦合，密切作用，因此要想全面理解长期的气候变化，全球变化，包括可能的太阳活动以及人为因素的影响等，需要对大气层至少包括从地表一直到低热层110 km左右大气特征及其动力过程、变化过程的深入理解。其中，对大气层几个特定区域的研究是很有必要加强的。晴空大气探测雷达技术的发展使得这一研究成为可能。本文应用两部探测原理相同而重点关注区域不同的晴空大气探测雷达，即边界层风廓线雷达与北京MST雷达，对大气层三个区域:边界层、对流层-下平流层、中间层-低热层进行探测与分析，揭示出这三个高度层大气结构与相关探测要素的一些特征，解释其物理机制，并提出一些相关的进一步研究。主要结论如下:　　1、无云日边界层大气折射率结构常数Cn2垂直结构日变化特征及机理解释.　　应用边界层风廓线雷达2011年3月到2013年3月两年共114个完全无云日的探测结果，发现Cn2日变化特征有三种类型。　　类型1:Cn2无明显日变化，此类型发生在湿度较低的月份。　　类型2:从日落到午夜，Cn2值大于同高度上其他时段的值，发生在类型1和3的过渡月份。　　类型3:夜间Cn2值大于同高度上白天的值，并且夜间Cn2呈分层分布特征。Cn2时空分布的日变化特征在白天和夜间有明显的分界，分别对应于日出时间和日落后一小时左右。此种类型发生在湿度高的月份。　　对于三种类型的存在原因，本文提出白天各向同性湍流散射回波机制起作用，而夜间回波由各向异性大气折射指数不规则体对雷达发射电磁波的反射/散射作用而产生。白天和夜间回波机制的转换与Cn2昼夜分布特征转换在时间上有很好的对应。三种类型无云日数分别占无云日总天数的40.3％、12.3％和47.4％。　　三类Cn2日变化特征差异的主要控制因子为(1)主导天气系统气流的变化(2)地形作用(3)雷达回波机制。其中地形作用包括动力作用（如地形阻挡，气流上升等）和热力作用（山谷风环流）。高湿度以及各向异性大气折射指数不规则体对雷达发射电磁波的反射/散射产生的回波增强作用均使得夜间Cn2值增大。类型2从日落到午夜时段，尤其是类型3夜间各向异性大气折射指数不规则体对雷达发射电磁波的反射/散射与稳定分层的大气结构密切相关，使得雷达半波长到几个波长尺度的层状散射结构体更容易形成。　　2、北京MST雷达探测对流层-下平流层区域的水平风与探空测值的定量对比与差异分析以及雷达探测的水平风、Cn2时空分布特征　　应用北京MST雷达2012年探测的水平风数据与位于其西方约40 km处北京站施放的无线电探空测得的水平风数据作了系统的对比分析，对比高度为3-25 km，共有427组对比廓线，15，210组对比点。二者的探测结果表现出很好的一致性。　　定量对比结果表明，MST雷达与探空测得的水平风向、水平风速、纬向风以及经向风各自的相关系数均在0.9以上，差值的标准差（平均差值）分别为风向24.86°(0.77°)，三个速度依次为3.37(-0.44)，3.33(-0.32)，3.58(-0.25)m s-1。对比廓线的平均差值主要分布在0°-5°（风向）以及-1到0m s-1（风速）。各高度上MST雷达与探空测得的水平风速以及纬向风的年平均差值在（-2，2）m s-1范围内，经向风在(-1，2)m s-1。除10-15 km外，各高度上二者测得的水平风速以及纬向风差值的标准差年平均结果基本在2.5-3 m s-1;在10-15 km风速最大值区域内最大，约为4ms-1。本文统计分析结果均在已有相关研究得到的结果范围之内。　　对北京MST雷达与探空探测的水平风差异的产生原因进行了分析。结果表明，差别的产生首先是由水平风场自身的变化特征决定的。在风速最大值区、较强的风速切变区、风向转换区以及准零风层区域，二者探测的水平风一致性会稍差。这主要由于这些区域水平风向、风速本身就有较强的时空变化特征，因此对取样于不同时空范围的两个探测系统来说，其探测结果就会出现差异。其次，在较高高度区域，MST雷达信噪比相对较低、数据获取率较低，而同样探空仪的测量误差也增大，MST雷达与探空可对比的点数相应较少，也使得二者探测的水平风有差异。　　本研究发现，MST雷达与探空探测的水平风差异并非是很简单的归结为随着探空球与雷达站的实时距离增大而增大，而是与二者探测时水平风场在水平以及垂直方向的均一性有关。当水平风速在垂直方向有较大切变，水平风向有明显转向时，由于探空与MST雷达取样于不同的时空尺度，即使二者距离较近，探测的水平风差异也会较大。二者探测的不一致恰好可作为对雷达探测区域探空资料的补充，为模式精细化的改进提供可靠的实测数据。对二者差异的原因分析提出了如何充分利用MST雷达与探空资料的融合分析途径。　　总之，通过一整年的实测对比，已经充分证明了北京MST雷达在对流层-下平流层的探测精度与能力。在此基础上进一步研究了2012、2013、2014年北京MST雷达探测的水平风以及Cn2的月平均、季节平均以及年变化分布特征。北京MST雷达的探测结果将进一步支持对中层大气的高时空分辨率特征的分析与研究。　　3、北京MST雷达探测中间层-低热层观测结果初步分析　　应用北京MST雷达2012、2013两年高模式数据，从数据获取率、与廊坊流星雷达测风对比以及风场时空分布特征三个方面对北京MST雷达探测中间层-低热层区域观测结果进行初步分析。结果是:　　(1)数据获取率日变化、季节变化特征　　白天65-100 km均可获取数据，数据获取率的高值区主要集中在70-80 km，最大值可达80％;夜间主要集中在80-100 km，数据获取率最大可达45％左右。表明该MST雷达白天可以探测到电离层D层和E层低层。夜间D层消失，只探测到E层低层。季节变化特征为:夏季白天可获取数据的时间和高度区间都比较大，春季次之，冬季最小。夏季白天以及日落后1小时内可探测到120 km。数据获取率在原理上反映了由于太阳辐射和粒子活动形成的自由电子浓度的日变化与季节变化。本项分析可进一步提供太阳对电离层底部的控制特征。　　(2)北京MST雷达与廊坊流星雷达测风对比分析　　对北京MST雷达与廊坊流星雷达2012年5月份，80-100 km高度区间测量的水平风进行对比分析，二者测风结果在时空分布上有很好的一致性，表明MST雷达探测数据是可靠的。　　(3)北京MST雷达探测中间层-低热层水平风场特征初步分析　　2012年和2013年相应月份平均的纬向风、经向风时空分布特征有高的一致性，并与HWM07模式结果也基本一致。　　上述初步分析结果表明，北京MST雷达对中间层-低热层60-120 km高度区域已具备较好的探测能力，所得结果将可用于中间层-低热层过程揭示与驱动因子研究，并可与该高度上其他探测手段作综合研究。