大气参数时空分布在大气辐射传输计算、光学工程大气影响评估和矫正等方面有着重要的应用价值,研究中高层大气参数的时空分布特性对于确定高空大气的动力学和能量收支以及低轨道卫星的空间环境评估等都具有重要意义。本文在总结了国内外中高层大气参数时空分布研究的基础上,开展了利用长期积累的探空数据集对全球对流层顶结构的时空变化研究,以及利用长期卫星观测数据对临近空间大气温度、臭氧的时空分布研究和热层一氧化氮红外辐射冷却率的全球分布研究。发现了中高层大气参数长期变化的一些新规律,主要研究成果如下:(1)通过对全球海量探空廓线数据的分析研究,我们获得了全球对流层顶高度和温度的时空分布特性和变化趋势。全球对流层顶高度整体抬升率是～220米/十年,而全球对流层顶温度的十年变化率是-0.60K/十年。全球各纬度带的对流层顶高度变化率在纬度分布上呈现“U”型分布。全球各纬度带对流层顶温度都呈现长期变冷的趋势,且对流层顶温度的十年变化率在高纬度比中纬度和低纬度小。研究结果表明高纬度和低纬度间的对流层顶高度之差逐年缩小;而高纬度和低(或中)纬度间的对流层顶温度之差逐年扩大。(2)通过对SABER数据集中温度廓线的分析研究,我们获得了临近空间大气温度在高度和纬度上的分布特性,以及太阳11年周期活动对临近空间各高度层大气温度长期变化趋势的影响情况。临近空间大气温度在南北半球纬度分布上基本是对称的。65km以上大气温度年际变化与太阳11年活动周期是显著相关,且大气温度对太阳活动的响应幅值基本上是随着高度的增加而逐渐递增。中间层顶温度以及对太阳活动的响应值在纬度分布上都呈现“V”型分布;响应值的标准差在纬度分布上呈现“W”型分布,而它们间的相关系数呈现“M”型分布;研究结果表明中间层顶各纬度带温度对太阳活动响应的波动大小取决于它们在该纬度带对应的相关系数大小,相关系数越小,波动幅度越大,反之亦然。(3)通过对SABER数据集中臭氧廓线数据的分析研究,结果显示中间层顶不仅是临近空间大气温度的极小值区域,也是臭氧混合比的极大值区域。SABER观测结果进一步验证了南北两极地区上空臭氧洞的存在,且南极地区臭氧空洞比北极上空的大。临近空间臭氧在纬度带分布上基本是南北半球对称,而其对太阳11年周期活动的响应是南北半球不对称的,尤其在中间层顶区域的响应值基本上从南极地区向北极地区递减。全球中间层顶臭氧的年际变化与太阳辐射、氧原子、大气温度的长期变化是强相关的,而与氢原子的长期变化是不相关的。(4)通过对SABER数据集中NO红外辐射冷却率数据的分析处理,我们给出了 NO辐射冷却率在热层(高度100km～280km,时间2002～2016)的时空变化过程。结果显示NO辐射冷却率以及对太阳和地磁活动的响应幅值在南北半球纬度分布上基本都是对称的,且热层NO冷却率的长期变化在100～225 km高度间和太阳11年周期变化一致;地球的地磁活动对100～190 km高度的NO冷却率年际变化有显著影响。太阳活动和地磁活动对NO红外辐射冷却率变化的影响不同之处主要体现在:在同一高度层太阳活动对NO冷却率的影响是随着纬度的增加而减少,而地磁活动对NO冷却率的影响是随着纬度的增加而增加。该研究首次获得了地球热层的NO冷却率对太阳活动以及地磁活动的响应系数及其随高度和纬度的空间分布规律。