热层是地球大气按照温度分层中的第四层,也是大气层中的一个非常重要的区域。热层与电离层部分区域重合,既可以通过重力波和潮汐获取下层能量和动量,同时也可以接收来自太阳风中的磁层能量,因此热层中的运动通常都以较为剧烈的形式出现。对热层的研究不仅可以帮助了解大气动力学结构,还可以完善空间天气的知识体系和预报模式,为穿越该区域的航天飞行器提供必要的气象保障。中性风场是大气热层中非常重要的参数之一,参与着热层的各种化学和物理过程,并可以改变大气的局部结构,特别是在极地地区的作用更加明显。在国家海洋局极地办和中国极地研究中心的极地科考项目支持下,由武汉大学研制的一台全天空成像Fabry-Perot干涉仪于2010年11月运往位于斯尔巴特群岛的中国北极黄河站,开展了北极地区冬季热层风场的观测实验。本文以该项目设备的研制和实验数据为依据,研究利用全天空Fabry-Perot干涉对热层中性风场的探测与分析。2011年到2012年的冬季,在中国北极黄河站140天的越冬科考任务中,一共采集了118天的干涉图像数据,其中能够有效计算出风速结果的有57天的干涉图像数据。观测时段分别工作在两个不同的波长模式下：(1)在2011年11月1日到2012年1月12日,工作波长为557.7nm；(2)在2012年1月13日到2012年2月26日,工作波长为630nm。这两个工作波长分别用于观测热层大气中约为110km和240km高度的中性风速。在讨论了地球高层大气的热层动力学以及对热层的观测方法后,重点描述了极地热层动力学和电离层之间相互作用。具体给出了两种不同类型的Fabry-Perot干涉仪设备的系统结构和各自的风场探测原理。针对实验中采集的全天空干涉图像数据,详细阐述了从干涉图像中提取风速信息的数据处理方法,并通过计算机仿真干涉图像,验证了数据处理方法的正确性。在北极黄河站对热层风场观测实验结果中,分别以视线风、垂直风和水平风的形式给出了不同的风速行为；挑选了磁层亚暴期间,出现在极光弧附近的风速进行比对；分别描述了日照辐射和地磁扰动条件下,不同方向上产生的风场形态区别。最后,对极光弧附近的热层中性风场所出现的特定形态给出了可能的原因,分析了风速对日照辐射和地磁扰动的响应过程,并结合EISCAT雷达给出的离子信息,讨论了焦耳加热和离子拖拽这两个过程对中性风场的作用和影响。