临近空间一般指距地面20km～100km的空域。长期以来,由于临近空间的应用需求远不如其下层的对流层和其上层的热层高层空间,同时临近空间大气探测困难,资料匮乏,因此,国内外对临近空间环境特征及其变化规律研究十分薄弱。近年来,随着临近空间高超声速飞行器等平台的研发和应用,临近空间环境已成为大气科学研究的一个新兴领域。本文基于气象卫星、气象火箭和探空气球探测资料,利用对比分析等方法,对临近空间大气环境要素的分布规律和变化特征进行了分析,得到以下主要结论。1.基于TIMED卫星SABER探测资料分析了临近空间大气参数的时空分布特征。结果表明,2003年至2012年各高度层纬向平均温度都呈现出季节循环特征,但不同高度周期不同;夏半球和冬半球纬向平均温度分布、不同高度的赤道纬向平均温度分布存在较大差异;春分和秋分的中间层有明显的逆温,不同高度有不同的循环周期,且随季节变化,不同高度纬向平均大气密度的年变化分布情况不同。2.基于2001-2010年CHAMP卫星测量的热层大气总质量密度资料,分析了400km高度大气密度的分布特征和年变化,并与最新经验模式NRLMSISE-00进行了对比分析。结果表明10年平均热层大气密度分布随MLT（Magnetic Local Time）变化显著,大气密度随F10.7指数下降而减少。太阳极紫外线辐射与热层大气密度存在明显的正相关,并且对大气密度扰动明显。太阳宁静期,热层大气密度受地磁活动控制。对比经验模式与观测值,两者的偏差在纬向分布较均匀,随径向变化明显。3.基于我国FY-3卫星VASS和GNOS的温度廓线与美国Aqua卫星AIRS的温度廓线产品,分别计算了30°N-40°N,70°W-90°W区域的重力波参数。在资料上比对了三类温度廓线数据在重力波参数提取中的优缺点;在方法上分析了垂直滑动平均法、双滤波器法和单滤波器法在重力波参数提取上的适用条件,发现垂直滑动平均法得到的结果误差较大,双滤波器法适用于分析2km-10 km范围内的重力波扰动值,单滤波器法适用于垂直波长小于8km的重力波。三种资料重力波参数提取方法的比较实验中,GNOS在5km-35 km的双滤波器和单滤波器法中能体现出小尺度信息。在单滤波器法中GNOS和AIRS在其作用的范围内较好滤除了扰动中的垂直线性量,体现了单滤波器的优点。VASS垂直分辨率偏低,但也能反映出尺度较大的重力波信号。4.基于中国酒泉卫星发射中心1967-2004年的61组气象火箭高空风场有效探测数据,分析了高空风场的变化规律,并建立了相应的风场变化规律统计模型。研究结果表明,水平风速在同一高度上服从对数正态分布律;水平风速随高度近似成线性变化,冬季和夏季的变化趋势差异明显。同时,利用酒泉卫星发射中心在1967-2004年的32组气象火箭高空温度场有效探测数据,分析了高空温度场的变化规律,按季节对数据进行了分类处理,结果表明温度场在同一高度上的分布规律近似服从正态分布。温度随高度的变化服从三段式,春季与夏季的折线图相差较小,最低温度约-67℃,高空最高温度约0℃,温度最低时高度在17 km上下,温度最高时高度在46km附近。5.验证了新型探空气球能有效探测15km-40km高空的气压、湿度和温度等要素,并计算出对应的高度和密度值。将获取的该探测数据与NRLMSISE-00预报经验模式数据进行对比分析发现,两者结果存在较大偏差。其原因,一是经验模式是根据以往数据建立的模型,只能反映过去大气的基本状态,缺乏实时性,在异常大气环境下表现更为明显;二是NRLMSISE-00经验模式是基于国外探测数据建立的模式,美国的大气环境与中国存在一定差异。通过探空气球与TIMED卫星资料的对比分析表明,卫星获取的气象要素资料与气球探测数据匹配较好,利用TIMED卫星和气球探空均能较好地探测高空气象要素,结合多手段探测可进一步减小其误差。同时,新型气象探空气球具有探测精度、可信度、分辨率较高等优点,可作为气象火箭之外的另一种用于探测临近空间低层大气的有效方式。