热层大气对航天器产生的阻力是低轨航天器的主要摄动力之一，大气密度模式的误差，尤其是磁暴期间，已经成为制约航天器轨道定轨和预报的主要误差源。提高大气密度模式的精度对于低轨航天器变轨控制、寿命预测、飞船返回控制、空间站交会对接，以及避免与空间碎片的碰撞等方面的应用均具有重要意义。研究暴时热层大气密度变化规律对于认识理解热层能量收支过程具有重要科学意义。　　首先，利用CHAMP卫星加速度计反演的密度数据对经验正交分解(EOF)方法进行研究。将该方法应用到暴时数据分析，根据分解得到的空间函数和时间函数验证了热层密度赤道异常结构的存在，揭示了大气密度纬度分布特征的稳定性，通过相关性分析，得到了大气密度相对ap指数和Dst指数的延迟时间。这些结论不仅证明EOF方法能够用来分析暴时剧烈变化的热层密度时空特征，并且为修正经验大气模式提供了理论基础。　　其次，利用CHAMP卫星反演的密度数据和TIMED卫星SABER辐射计数据，结合EOF方法，分析了2002～2006年16个多阶磁暴期间热层大气密度和NO冷却率的变化特征，研究了NO辐射冷却效应在磁暴各个发展阶段对热层密度的影响。结果表明，由于NO冷却率在磁暴初期大幅增加，抑制了之后热层温度的增加，因此，后发生磁暴期间的热层密度增加的幅度、纬度分布范围和持续时间都明显小于第1阶磁暴;热层大气经验模式NRLMSISE00不能预测这些异常现象。　　然后，根据上述NO冷却率在暴时对热层密度的影响，通过修正125km的拐点温度TX将NO冷却效应引入到Jacchia70模式中，并利用定轨和轨道预报的方法对修正效果进行了验证，结果表明适当减小后发生磁暴期间的TX，能够提高这个时段内轨道预报的精度。通过对4个案例的分析，对于如何确定修正量和开始修正的时刻进行了初步探讨，认为修正量与地磁指数最大值正相关;如果定轨弧段内残差很小，应推迟修正时刻。　　最后，针对平静期轨道预报中的大气阻力系数进行了修正。利用地磁平静期的CHAMP卫星精密星历对多个弧段的大气阻力系数进行解算，找到了适用于轨道预报的最优系数，分析了最优阻力系数与地磁指数、迹向残差的关系，利用线性回归分析建立了大气阻力系数修正算法。针对中长期轨道预报的需求，该算法能够降低定轨弧段较短条件下阻力系数的解算误差。将该修正算法应用于不同时期CHAMP卫星和天宫一号的轨道预报，验证了该算法的正确性和普遍适用性，结果表明预报精度能够提高20％以上。