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中间层和热层大气是地球中高层大气的重要组成部分。中间层和热层大气受太阳活动影响非常大，也与下层大气存在非常复杂的耦合关系，与人类活动密切相关。中间层和热层的变化特性和内在机制的研究对于深入理解地球大气上下层耦合关系、全球变化和日地关系非常重要，也有很强的应用价值，可为低轨道、亚轨道和临近空间的航天活动环境保障提供基础。本研究主要内容包括： ⑴介绍了地球大气的分层结构和热层中性大气密度的基本变化特性，简述了中间层大气的研究现状和热点以及热层中性大气密度模型的研究现状。 ⑵利用2000/2001年冬春季武汉(30° N，114°E)上空和2009/2010年冬春季廊坊(39.4° N，116.6° E)上空的中频雷达数据、AURA卫星数据，分析在高纬度平流层爆发性增温(Stratospheric Sudden Warming，简称SSW)现象发生对中间层和低热层（Mesosphere and Lower Thermosphere，简称MLT）大气风场和波动的影响。两次SSW事件分析结果表明，中纬度上空MLT风场在极区平流层10hPa高度上的纬圈平均纬向风发生反转前10天左右纬向风从西风反转为东风，但反转时间与极区平流层增温时间基本一致，MLT区域的大气波动则在两次SSW期间表现出不完全相同的变化特征。 ⑶利用2009年6月至2012年5月廊坊中频雷达的风场数据，分析了中纬度MLT风场和潮汐的季节变化。结果显示:纬向风在冬季盛行西风，夏季85km以下盛行东风，85km以上盛行西风，存在显著的年变化和半年变化。经向风比较小，夏季盛行北风，秋冬季为弱南风，存在显著的年变化。风场结构和季节变化与HWM93风场模型结果大体一致。纬向风的24小时潮汐振幅与12小时潮汐振幅相差不大，而8小时潮汐振幅相对较小。24小时潮汐振幅在每年3月和10月前后较大，而在6月和12月前后较小。12小时潮汐在每年9月很强，并且振幅随高度的增加而增大，月平均振幅存在较强的年变化。纬向风的24小时潮汐振幅与GSWM-00模型比较接近，而12小时潮汐振幅季节变化趋势与模型结果差异较大。经向风和纬向风的24小时潮汐振幅存在一定的差异，尤其是在振幅峰值的大小上。而经向风和纬向风的12小时潮汐振幅变化范围和变化趋势非常一致。 ⑷利用GRACE A/B双星和CHAMP卫星2002-2008年的大气密度数据与NRLMSISE-00大气模型密度结果进行比较，分析模型密度误差及其变化规律。结果显示NRLMSISE-00的密度值普遍偏大;其相对误差随经纬度变化，在高纬度相对较小;在地方时2点和15点左右相对误差较大，在10点和20点前后较小;通过将模型密度相对误差与太阳F10.7指数对比分析，发现在太阳活动低年模型相对误差最大，而在太阳活动中高年相对误差相对较小;通过将模型分别与GRACE A/B双星和CHAMP卫星不同高度的数据比较，发现模型在轨道高度更高的地方相对误差更大;在地磁平静期，相对误差与ap指数相关性不强，但是在大磁暴发生时，相对误差急剧增大，与ap指数有强相关性。 ⑸NRLMSISE-00大气模型广泛应用于航天器定轨和预测等方面，但存在着较大的误差。为了提高低轨道大气密度短期预报的精度，我们提出了一种基于实测数据对NRLMSISE-00大气模型密度结果进行修正预报的方法:利用GRACE和CHAMP卫星2002年-2008年大气密度探测数据对NRLMSISE-00模型进行误差分析，获得模型的修正因子，再对模型的大气密度结果进行修正。采用该修正方法对GRACE-A和CHAMP卫星轨道上的大气密度进行预报试验验证，结果表明可显著提高大气密度的预报精度，如在太阳活动低年，修正后的大气密度预报误差比NRLMSISE-00模型预报的误差降低了50％以上。