本文首先对当前国际上有关大气常规金属层、偶发金属层和金属层白天观测研究中的不同观点进行了总结阐述,接着对大气激光雷达原理及共振荧光激光雷达系统进行了详细描述,随后采用北京高时间分辨率的激光雷达数据对钠常规层的变化率和特征时间进行了计算,通过连续性方程将观测值与理论计算值进行比较得到金属层内部小尺度变化的可能机制,最后基于武汉地区铁钠雷达同时同体积观测数据发现报道了铁钠双层同时偶发现象并对其形成原因进行了讨论,各章具体内容如下:1.总结当前国际上关于中高层大气常规金属层、偶发金属层和金属层白天观测研究的现状及争论焦点。核心讨论常规层中铁钠原子层上下边界高度随时间的相关性,当前模型中铁钠剖面错位结构与观测中铁钠剖面嵌套结构的不一致现象;偶发金属层的形成机制到底是金属离子中性化还是微流星直接消融;铁密度日出时下边界随太阳高度角向下延伸,日落时随太阳高度角向上收缩的现象及原因等。2.阐述了不同散射机制下大气探测激光雷达原理,偏振激光雷达原理,北京与武汉共振荧光激光雷达系统、数据反演算法和可能的误差来源。3.基于北京2011年5月到11月共47个夜晚395小时钠激光雷达高时间分辨率观测数据,我们发现在小时间尺度下,常规层钠密度在各个高度上都有着快速的扰动,钠原子密度的平均变化率剖面呈现单峰结构,变化率大小为8到16cm-3s-1之间,峰值为16.2 cm3s-1,出现在约92千米,变化率剖面的单峰结构与钠常规层密度平均剖面相似。钠密度增长率和衰减率剖面十分接近,不过总体上增长率略大于衰减率,它们之间的差值为0.01到0.17 cn-3s-1,这个观测现象与前期Chen and Yi（2011）采用武汉5分钟时间分辨率雷达数据结果一致。随后我们还计算了短时钠密度扰动的时间常数,83到98千米不同高度上,时间常数大小在46到118 s之间,这个值比浮力频率周期（～5分钟）明显要小,这说明重力波难以造成钠密度快速扰动。通过对钠连续性方程进行尺度分析,我们发现气相化学反应中,受反应物浓度的限制,难以形成与观测值对应量级的钠密度变化率,对于动力学,即使把风速设置得比观测的风速还大,风场对钠密度输运的理论值都比观测的钠密度变化率要小,依据连续性方程,我们推测:观测的钠密度快速扰动极有可能是由微流星消融注入钠原子造成的。由于微流星消融注入钠原子会造成钠原子静增加,因此必定存在对钠原子快速消除的机制,在中层顶极低的温度下,新消融的高温钠原子快速冷凝、沉降和聚合可能是钠原子快速消除的原因。4.我们分析了武汉上空2010年到2013年间共163晚的铁雷达观测数据,发现了 9例双偶发铁层事件,双偶发铁层同时出现在常规铁层之上且各层在高度上相互分离,我们把高高度的偶发称之为上层偶发,上层偶发与常规层之间的偶发称之为次层偶发。此9例铁偶发事件中有8例出现在夏季,上层偶发铁原子密度与常规铁层密度比值最大能达到375%,次层偶发铁原子密度与常规铁层密度比值最大能达到225%,上层偶发的峰值高度出现在102-107千米,次层偶发的峰值高度出现在95-98.5千米,更有趣的是,在2例事件中,我们观测到铁上层偶发、次层偶发以及常规层的峰值密度同时增强和衰减。在9个观测事例中,有5个晚上存在钠层同时同体积观测,我们发现在铁偶发高度,总是能找到对应的钠原子偶发,与双铁层偶发有些许不同的是,钠次层偶发与常规钠层的上部分想融合而不分离,这可能是由于钠常规层较宽。我们还计算了此5晚的铁钠典型剖面（铁上层偶发密度最大对应时刻）峰值密度之比,发现铁钠上层偶发峰值密度之比在6.6-52之间,次层偶发峰值密度之比为0.57-6.58之间,就同一晚而言,铁钠上层偶发峰值密度之比大于次层偶发峰值密度几倍。关于偶发金属层的形成机制还在争论之中,基于以上观测现象我们对双偶发现象的形成原因进行了讨论,认为观测结果更偏向微流星直接消融造成。