中高层（20 km以上）大气区域空气非常稀薄,其中的物理、化学和动力学过程非常复杂,是日地空间物理研究中的重点区域。其中中间层顶和低热层（MLT）区域存在外星物质沉积产生的金属原子或离子层,高度范围80-105 km。在众多金属原子中,钠原子具有相对较高的粒子浓度和寿命,其后向散射截面也较大,因此成为了很好的中高层大气活动示踪物。发展高时空分辨率、高信噪比和高稳定性的中高层大气观测手段可以加深对该区域复杂的动力学和化学机制的理解。钠层中存在一些特殊现象,例如突发钠层和低热层增强钠层,统称增强钠层。它们都是指钠密度在短时间和窄高度范围内迅速增强的现象,但出现高度有所不同。自从Clemesha et al.（1978）第一次观测到突发钠层以来,其形成机制就一直受到科学家们的重点关注。主要的形成机制包括:流星直接注入、离子中和、温度上升以及电子沉降等,而低热层增强钠层的形成机制则可能更为复杂。大气波动,特别是重力波,是MLT区域大气与低层大气间能量、动量和成分的交换和重新分配的重要媒介。MLT区域也是重力波的饱和、衰减和耗散等重要动力学过程最为复杂的区域。本论文介绍了可以连续观测平流层到中间层顶的激光雷达系统,并利用位于北半球和南半球的激光雷达系统（中国和智利）对大尺度水平增强钠层的形成机制以及重力波与突发钠层的耦合过程进行了研究。激光雷达可以通过探测瑞利散射信号得到平流层和中间层的大气温度和密度,而钠层的钠原子密度则需要对钠共振荧光散射信号进行反演。一般而言,同时观测大气数据和钠层数据需要多套激光雷达系统共同工作以完成观测。在本文中介绍的瑞利-钠激光雷达系统,采用波分-时分复用的方法,使用单个光电倍增管完成了瑞利-钠双通道采集,实现对30 km-105 km大气的观测。该系统于2016年9月在中国合肥（31.5°N,117°E）完成升级改造,获得了大量观测数据。激光雷达系统的钠密度、大气温度、大气密度观测结果显示出该系统出色的时空分辨率和信噪比。对大气参数的季节变化分析以及对流星尾迹、平流层气溶胶的筛选和反演证明该系统的观测可以促进对大气动力学和化学过程更深入的理解。现有的激光雷达对增强钠层的报道一般都是对单个站点的研究,而大尺度水平范围的增强钠层特性及其与背景条件的联系依然有待研究,因此需要结合多个站点、多种仪器的观测数据进行更深入的研究。本文利用子午链上多个激光雷达系统,系统研究了合肥和武汉（30.5°N,114.4°E）2011-2018年共同观测的19个大尺度水平增强钠层事件,并讨论了其主要的形成机制。主要结论如下:（1）夏季增强钠层发生率明显高于其它季节;（2）持续时间较长的增强钠层在两地间的相似度较高,而持续时间短的增强钠层则显示出较强的局地特性;（3）大多数（70%）两地同时观测的大尺度增强钠层都与电离层突发E层有关,表明了中纬度地区在风剪切作用下“突发E层-增强钠层”因果链关系;（4）少数（30%）两地同时观测的大尺度增强钠层与大气波动（潮汐或者重力波）的动力学机制有关,揭示了水平大尺度波动对水平增强钠层的可能影响;（5）同时,观测也发现存在明显延迟增强钠层事件,暗示着长距离水平输运机制存在的可能性。智利安第斯激光雷达观测站（AL0,30.3°S,70.7°W）高光谱分辨钠激光雷达在2019年5月2日观测到了与波导重力波相关的突发钠层事件,在风场和温度场中同时显示出明显的中高频重力波。此外,本文提供了一种使用激光雷达观测数据计算重力波各项参数的新方法,使用相对温度与各方向风场的振幅比率和无耗散的极化关系来计算重力波的固有频率、水平波数和垂直波数等重要参数。利用这些参数可以计算出突发钠层事件过程中重力波传播形成的临界层和反转层,用于解释实际观测到的重力波耗散和波导现象。该案例研究可以与数值模拟结合,与各项观测数据进行对比分析,更好地理解钠层中重力波相关的动力学过程,同时也可以为大量激光雷达观测数据中的重力波提取以及数据统计提供一种新的方法。