随着全球模式的研究逐渐认识到需要通过参数化来描述重力波的影响，重力波活动的空间、时间变化及其（波长、相速等）特性的定量观测和建模成了活跃的研究领域。但是，目前一系列的观测研究都是相互独立的。这些观测结果的某些部分吻合、有些部分差异很大。已经有关于重力波波源模型的研究，但是受到观测的约束，观测与模式不能很好的一致，因此，重力波的全球气候学特征的研究依然是一项艰巨的挑战。　　Fetzer and Gille(1994)最先证明了卫星遥感传感器可以分辨重力波。在过去的二十年中，具有能够观察重力波的空间分辨率的仪器设备数量逐步增加。然而，每种类型的仪器都只能检测到重力波水平、垂直波数谱的一部分。相对于其他卫星仪器，红外临边探测可以涵盖很大的重力波水平和垂直波长范围，因而具有明显的优势。　　到目前为止，基于卫星观测的全球重力波活动（如温度方差、能量、动量通量）分布的研究，大部分关注海拔20-35 km的平流层区域，只有少数研究专注于平流层以上的大气区域，涉及中间层及以上区域的全球重力波的研究更少。此外，过去的重力波研究一般只是选择一个很短的时间段，难以得到重力波变化的系统的气候学特征。　　SABER是TIMED卫星上搭载的临边扫描探测大气层的宽带辐射计，可以通过反演提供从对流层上部直到低热层（约20 km-120 km）高度的大气温度数据。到目前为止，SABER观测已经持续了十余年。为中高层大气重力波的全球气候学特征和周期特性研究提供了长时间、连续的、全球覆盖的观测数据。　　本文首先给出了中高层大气重力波活动的全球分布图，分析了重力波活动的年际变化，讨论了观测到的重力波活动可能的波源机制。其次，统计了重力波垂直波长，在此基础上研究了不同垂直尺度重力波分量的贡献。最后，研究了平流层爆发性增温期间重力波的活动情况。本文工作揭示了中高层区域大气重力波的全球变化特性及波源特征，对大气重力波参数化和建模研究有参考价值。　　本文的具体工作和研究结果如下:　　1.归纳总结了研究中常用的重力波扰动提取方法，在此基础上应用于SABER、COSMIC和CFSR数据资料，探究目前重力波观测研究的结果差异的原因。其中，提取重力波引起的扰动的方法主要可归为两类，即通过对温度垂直剖线进行高通滤波和通过从原始数据中减去纬向波数为0-6的波动来得到重力波扰动。分析结果表明:　　(1)对相同的卫星数据采用不同的重力波扰动提取方法结果存在某些不同。两种方法重力波幅值大小存在很大的差异，而且在赤道区和中高纬区的重力波幅值大小关系相反。这种差异主要是来自各种方法自身的局限性，特别是不同方法可能滤除了不同的重力波、也可能混入了不同的其他扰动。　　(2)对不同的数据采用相同的重力波扰动提取方法结果仍然不同。这类差异通常是不同卫星对于重力波波谱的观测灵敏度不同造成的。　　2.利用2002年1月到2012年1月期间的SABER/TIMED温度剖面数据，推算出可以反映重力波活动的势能。通过分析扰动势能值随季节、纬度、经度、高度和时间变化的分布，研究中高层大气重力波的空间和时间分布特征。研究结果如下:　　(1)重力波的季节变化。赤道附近的热带地区，重力波活动强度全年都处于相对稳定的状态。在热带以外的地区，重力波活动在平流层和中间层高度范围内表现为相似的季节变化即冬季半球较强、夏季半球较弱。　　(2)重力波的纬度变化。重力波活动的分布具有明显的纬度差异。平流层中重力波最大值集中于冬半球的中高纬地区，次大值主要分布于另一个半球的低纬度。但是，随着高度的增长，较大值逐渐向低纬扩散，到达海拔80km高度时这种纬度差异变得很小。　　(3)重力波的高度变化。势能强度在高度上整体呈层状分布。但是，在某些高度有“夹层”结构出现，可能与平流层顶、中间层顶处背景温度发生激烈的转变有关。　　(4)重力波的经度变化。重力波活动随经度的改变而变化。在北半球的冬季中高纬度区体现了明显的陆海差异。同时，南半球的低纬地区较弱的重力波活动，也伴随着显著的经度变化，可能与具体地形及热带区的深对流活动相关。　　(5)重力波的时间分布。中纬度区有很显著的年变化AO出现在海拔70 km以下，且交替出现于冬季半球;在70～80 km高度范围内季节变化非常明显;而在80 km以上高度可以看到约4个月的周期即TAO。低纬度区80 km以下的平流层和中间层主要是年变化AO，而在80 km以上的低热层区主要是半年变化SAO。赤道区在30 km以下的低平流层主要呈现准两年振荡QBO，而在30 km以上高度主要呈现半年变化SAO。　　(6)我们还比较了80-100 km高度中国漠河上空重力波势能与动能的季节变化，在80-90 km之间两者都有明显的半年变化，呈现夏季和冬季重力波较强，春秋季较弱的特征。　　3.采用小波分析的方法，对重力波垂直波长进行了统计研究。并在此基础上，分析了不同垂直尺度的平流层重力波分量对全球分布的贡献，为我们研究重力波和不同波源提供新的理解和研究角度。结果表明:　　(1)小波分析的结果表明在海拔50和90 km之间的区域占主导地位的垂直波长分别为10和25 km。　　(2)低纬度地区夏季半球的强重力波活动主要来自中等尺度10＜λz＜25km的波分量。中、高纬度地区冬季半球的强重力波归因于长波长λz＞25km的波动分量。　　(3)低平流层中的QBO特征主要出现在短波长λz＜10 km和中等波长10＜λz＜25 km的波分量的部分结果中。长波长λz＞25km的波分量主要反映了平流层上层的SAO特征。在海拔20公里附近的所有波分量中都有AO出现。　　4.总结了重力波的几种产生机制以及相应的一些结果，并统计研究了地形、深对流对重力波的激发，讨论了传播过程大气重力波与背景风场的相互作用。　　结果表明:　　(1)冬季半球的重力波活动与南北走向或接近于南北走向的山脉有很强的对应关系。在低空风场的风向几乎垂直于山脉的走向时，会激发地形重力波。而且，地形波的传播并不完全垂直于山脉。　　(2)分析重力波和对流活动时间序列的相关性，发现在低纬地区包括位于20°N纬度带的北美南端、非洲中部和东南亚，以及10°S纬度带的南美洲中部、非洲南部、大洋洲北部和太平洋西南部区域，二者表现出很强的正相关。在热带以外的地区，有较低的相关性出现。　　(3)在赤道附近，较大的重力波势能出现在纬向风u=0m/s等值线以下，对应于QBO下降的向东的剪切。峰值随时间沿着纬向风u=0 m/s线而下降。由于风场滤波作用，处于QBO风场向西的相位的势能值比向东的相位时要大。　　(4)2009年7月、8月期间，南亚和东南亚地区较强的势能分布和季风的同向移动表明季风也是影响重力波活动的一个重要因素。　　5.利用SABER/TIMED温度数据，初步讨论了北半球冬季极区平流层爆发性增温(SSW)期间的重力波活动的变化，对比重力波活动在有、无SSW现象的年份中的分布，讨论了冬季平流顶抬升与重力波强弱的关系。　　(1)在平流层顶抬升的初期和向下运动的恢复期，在平流层高度，有平流层顶抬升年份的高纬度区的重力波势能总是小于或接近于无抬升的年份。但是，在80 km附近的中间层高度，重力波势能值在有平流层顶抬升的年份更大。　　(2)在平流层顶向下运动的恢复期，重力波势能峰值分布从中纬度30-60km高度逐渐移动到高纬度地区海拔70-80km。