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电离层是一门以观测为基础的学科。电离层测高仪作为地基电离层观测最广泛使用的手段之一，在电离层相关的基础研究和实际应用中发挥着至关重要的作用。采用多手段综合探测和多台站组网探测已成为当前电离层观测研究的发展趋势。 本文围绕中国区域电离层变化特性这一主题，基于电离层垂直探测技术的发展特点，建立了我国120°E子午线上的电离层数字测高仪观测链，并利用该观测链的电离层数据，研究了我国电离层特征参数的日变化、季节变化和纬度变化特性，展示了该观测链在我国电离层空间环境方面的观测研究能力。在此基础之上，利用电离层数字测高仪观测链的电离层峰值参数数据验证了COSMIC卫星星座的电子浓度剖面掩星数据在我国不同纬度区域的精度和可靠性。应用电离层数字测高仪对低纬地区偶发E层和扩展F的探测，结合三亚VHF雷达对电离层场向不规则体的相干散射探测数据，研究了低纬电离层E区和F区场向不规则体的发生特征，并综合分析了一次磁暴期间电离层不规则体的响应特征。 本文主要工作和结果如下: 1.针对我国电离层观测研究的需求，建立了一条沿120°E子午线横跨我国南北、布局合理和技术先进的电离层数字测高仪观测台链，实现了台链中各数字测高仪远程控制、电离层同步垂测、低纬漂移观测、频高图参数自动度量和网上实时发布。观测链由5个站点构成，其中漠河、北京、武汉和三亚站均安装了当前国际上最为先进的DPS4D数字测高仪，并且这4台DPS4D数字测高仪加入全球电离层无线电观测台网(GIRO)，为正在开发的国际电离层参考模式实时同化地图(IRTAM)提供实时观测数据驱动。在北京建成了全球Digisonde系列数字测高仪垂测数据库DIDBase和漂移数据库DriftBase北京镜像站，向我国及亚太地区用户提供全球电离层数据共享服务。在湖南邵阳采用自主研发的PDI便携式电离层数字测高仪建成流动观测站，完善了电离层数字测高仪观测链在电离层北驼峰区域的观测能力。 2.在中国电离层数字测高仪观测链建设过程中，开发了一系列数字测高仪观测技术和数据处理方法。(1)研发了PDI便携式电离层数字测高仪。在北京站与DPS4D数字测高仪进行的对比验证观测表明，PDI数字测高仪在较小的发射天线和较低的功耗条件下仍能获得较理想的频高图，其测得的电离层临界频率等参数与DPS4D数字测高仪几乎完全一致，在信号回波强度和抗干扰能力方面还优于DPS4D数字测高仪。在湖南邵阳两年多的连续观测，验证了PDI便携式数字测高仪的可靠性，为下一步在我国开展电离层流动布阵观测奠定了良好基础。(2)开发了一系列的电离层测高仪数据处理和校正等软件。针对DPS4D和PDI频高图的文件命名规范和数据格式特点，编写了电离层频高图处理和管理软件，实现了电离层测高仪数据的实时收集、格式转换、数据文件累加和备份;借鉴DPS4D数字测高仪的ARTIST度量与分析软件，开发出PDI数字测高仪频高图自动度量和反演软件，用于PDI电离层频高图的自动标定和处理，从而实现了整个数字测高仪观测链频高图数据的统一分析与处理;此外，还开发了频高图校正处理程序，完成了多台站不同历史时期和不同类型的电离层测高仪数据的标校和整理，形成了统一规范的电离层测高仪数据库。 3.利用电离层数字测高仪观测链2013年的观测数据，研究了我国120°E子午线上电离层特征参数的变化特征，展示了该台链对我国电离层空间环境的观测研究能力。分析结果表明，电离层F2层临界频率foF2、峰值高度hmF2和电离层偶发E层(Es)的发生率都表现出明显的日变化、季节变化和纬度变化特征。其中，foF2通常白天高于夜间，低纬地区高于中纬地区，赤道异常区驼峰附近foF2的峰值高于驼峰两侧。对于电离层峰值高度hmF2，中纬地区白天峰值高度低、夜间峰值高度高，而低纬地区（三亚站）峰值高度存在双峰，分别出现于白天和夜间，且白天的峰值高于夜间。对于偶发E层，Es主要发生于夏季的白天，且北京站、武汉站和邵阳站发生率较高，foEs高于5MHz的Es发生率可达80％以上，而在往南的三亚站和往北的漠河站，发生率变低，foEs高于5MHz的Es发生率最高约40％。 4.采用电离层数字测高仪观测链数据对比研究了COSMIC卫星电离层峰值参数在中国区域的精度。结果表明，COSMIC卫星获得的电离层峰值参数与数字测高仪观测结果符合较好;在纬度变化上，COSMIC卫星获得的NmF2与数字测高仪观测结果的误差有明显的纬度效应，在中纬台站（漠河站和北京站）误差较小，在赤道异常峰北面（武汉）和南面（三亚）COSMIC卫星获得的NmF2分别高于和低于数字测高仪观测结果。在地方时变化上，NmF2的均方根误差白天高，夜间低，hmF2的均方根误差白天低，夜间高;在季节变化上，NmF2的均方根误差在所有台站都是夏季最低，而hmF2的均方根误差在低纬的武汉和三亚站夏季最低。在低纬三亚站，两种观测手段获得的电离层峰值参数有较高的相关性，且该相关性随着太阳活动增强而减弱，在太阳活动低年较高，在太阳活动高年降低。在地磁扰动条件下，COSMIC卫星与数字测高仪的峰值参数仍有较高的相关性，NmF2相关系数高于0.9，hmF2相关系数高于0.85。 5.采用三亚数字测高仪与VHF雷达的综合观测，分析研究了低纬电离层E区和F区不规则体的特征及其产生机制，为建立我国低纬电离层不规则体和闪烁预报模式提供理论依据。对于E区电离层不规则体，研究表明数字测高仪观测的Es层发生率与VHF雷达E区场向不规则体回波发生率的相关性在白天较高，夜间较低。白天E区连续性回波所在高度与Es底部所在高度(hbEs)有很好的相关性，表明低纬电离层E区场向不规则体的产生，可能同时受到Es（提供梯度漂移不稳定性所需的电子密度梯度）和背景电场的影响。在背景电场作用下，Es由于梯度漂移不稳定性而产生场向不规则体，引起E区连续性回波。对于电离层F区不规则体，研究发现在太阳活动低年，三亚VHF雷达F区不规则体回波常出现于夏季午夜后时段，与太阳活动高年春秋季频繁发生的午夜前F区不规则体回波相比，夏季午夜后回波持续时间较短、高度范围较小，在雷达回波HTI图上常呈现为条带状结构或者块状结构，且伴随着数字测高仪频高图上的扩展F出现，但是没有同时出现L波段电离层闪烁。这种太阳活动低年夏季午夜后的不规则体回波，可能并不一定与赤道等离子体泡相关（沿磁力线向低纬地区扩展），而可能由三亚本地Es等扰动通过电离层E区和F区耦合过程引起。 6.利用数字测高仪观测链、三亚VHF雷达和GPS电离层TEC/闪烁监测仪数据，分析研究了2010年10月一次磁暴期间我国中低纬地区电离层不规则体的响应特征。结果表明:受中等强度磁暴的触发，三亚数字测高仪、GPS电离层TEC/闪烁监测仪和VHF雷达在午夜前均观测到电离层不规则体，表明不同尺度的不规则体同时发生;而在午夜后，数字测高仪和VHF雷达观测到距离扩展F以及3m尺度回波，但GPS电离层TEC/闪烁监测仪没有记录到明显的TEC扰动和电离层闪烁。在三亚北面的武汉和北京站，并没有观测到明显的扩展F、TEC剧烈扰动和电离层闪烁。分析表明在三亚观测的两次电离层不规则体事件具有不同的扰动源。在午夜前，磁暴主相期间的东向快速穿透电场促进了电离层反转增强过程，激发了低纬电离层F区不规则体;在午夜后，磁暴恢复相期间的东向电离层扰动发电机电场与过屏蔽穿透电场可能对午夜后电离层不规则体的产生发挥着主要作用。 综上所述，本文的工作在引进DPS4D数字测高仪和研发PDI便携式数字测高仪的基础上建成了沿120°E子午线、横跨我国南北的覆盖中纬、低纬和电离层北驼峰的电离层数字测高仪观测链。利用该观测链的电离层数据所开展的中国区域电离层特征参数研究、COSMIC卫星峰值参数对比分析、低纬电离层不规则体特性和暴时电离层特性观测研究均取得了一些有新意的研究成果。这些研究成果表明，该观测链能够监测中国区域电离层特征参数的各种变化和电离层扰动的传播，为长期连续监测和研究中国区域电离层空间环境提供了十分重要的手段，对评估和分析其他观测手段（如COSMIC卫星电离层掩星）在中国区域的精度和可靠性具有重要应用价值，对研究我国电离层中不同层次和不同尺度的扰动及其传播具有重要学术意义。