中层大气的高度范围一般在10-100km之间,按照大气的分层特性,上至低热层,下至对流层上部及对流层顶,以及二者之间的全部平流层和中间层均被包括在内。整个中层大气内部存在复杂的波流作用及相应的物理现象,一直是大气科学关注的研究前沿。临近空间（20-100km）位于中层大气中,近年来,随着新型飞行器如平流层飞艇,高超声速飞行器等高科技军事武器的面世,了解临近空间的大气环境特性已成为迫切热门的需求。平流层重力波的尺度与飞行器的设计尺寸相当,对飞行器的影响较大,会使飞行器产生周期性振动,并且重力波破碎后产生的湍流运动也会使飞行器产生频繁不规则的强烈颠簸。所以,研究重力波和湍流活动对于开发临近空间具有重大意义。针对我国中层大气原位探测数据积累少,认知不够充分等问题,本文利用原位探测手段开展了中层大气湍流及重力波扰动特性的观测研究,分析现有探测基础,探索新型探测技术,讨论典型区域湍流及重力波活动特征,为中层大气湍流及重力波空分布特征和演变规律研究、临近空间环境模型建立以及大气扰动与飞行器耦合作用机理研究提供理论和结果支撑。文中分别利用临近空间高分辨率大球、常规无线电探空仪以及智能往返式探空系统三种手段对重力波和湍流活动特征进行了探究,并且针对目前Thorpe方法的局限性,提出了一种改进后的湍流反演算法。本文围绕中层大气的湍流和重力波的扰动分析这个主题,主要进行了如下四个方面的工作:（1）Thorpe分析已经被广泛地应用于无线电探空资料,但是这种反演湍流的方法在35km以上的效果几乎是未知的。利用高分辨率临近空间大球资料携带的北斗型高空探测系统,我们对中国西北地区的湍流进行了首次观测分析,将Thorpe法应用于35km以上的无线电探空数据,并探究了湍流与背景大气之间的联系。同时,对三维风场和温度扰动的重力波谱结构进行了分析,发现了完全异于水平风场的垂直风的谱特征,并且谱参数结果填补了该型探空手段在该高度上的空白。（2）利用国内研制的新型往返式智能探空系统对平流层实施原位、高频次、长时次的连续直接观测,通过涵盖“上升-平漂-下落”三个阶段的探测方式实现在空间和时间上的观测加密,并进行重力波参数的提取,同时对平流层水平方向的大气扰动特征进行定量描述,弥补我国目前基于原位高频次观测在平流层水平方向相关研究的空白,揭示重力波和湍流相互作用的机理。利用该手段在国内进行重力波和湍流的研究尚属首次,为后续相关工作的开展具有重要参考意义。（3）热带地区作为对流层和平流层相互作用的关键区域,存在广泛且强烈的重力波和湍流活动。大量的研究工作已经在印度洋地区的Gadanki站点上开展,相比之下,利用同纬度的关岛站点进行西太平洋地区的相关研究则显得相对匮乏。基于关岛多年的美国无线电探空资料,利用Thorpe法进行了湍流的反演,发现在对流层顶附近存在一条稳定的“湍流混合带”。同时利用矢端曲线法,获取了对应区域准单色惯性重力波的统计参数,并对湍流和重力波参数的时空分布特征进行详细探讨,探索二者的联系以及以及背景大气环流对其造成的影响。（4）Thorpe法进行湍流反演的前提条件是稳定的层结大气,否则反演效果会受到极大的影响,这是因为过大的仪器噪声会影响利用位温廓线进行湍流层的确定这一过程。基于此,本文提出了一种新的湍流反演方法,利用变分模态分解的方法,结合粒子群寻优,在进行湍流层的识别与筛选之前先进行位温廓线的去噪,目的是是去除层结不稳定大气条件下的干扰。将常规方法和新方法应用于关岛地区的实际探空数据中,通过对比发现新方法明显的优越性,具有较好的应用前景。