电离层电子密度通常由其剖面的特征参量来描述,例如电离层E、F1、F2层峰值参数等,这些参数的变化可以反映电离层在不同高度上的变化规律。研究电离层电子密度剖面的形态结构和变化特征有助于深入认识电离层的变化规律和各种光化学和动力学耦合过程,为通讯、导航、空间天气建模和预报等应用服务。以往由于地面探测的时空覆盖不充分,尤其对海洋和南半球区域的探测不足,人们对电离层电子密度剖面的全球变化特征认识尚有欠缺。本文使用由多种电离层探测手段获取的电子密度数据,如COSMIC掩星、测高仪、非相干散射雷达等探测数据,结合经验模型如国际参考电离层IRI以及三维自恰的理论模式TIEGCM等,讨论全球范围内电离层电子密度剖面的大尺度气候学特征及其对瞬态太阳辐射变化事件的响应,并探讨相关的物理机制。主要工作如下:（1）中高纬电离层F1层峰出现率的经度变化研究F1层峰值参量是重要的电离层剖面的形状参量之一,以往的电离层经验模型较好地描述了该参量随纬度的变化,但未考虑其随经度的变化特征。本文借助全球COSMIC掩星探测反演得到的电离层电子密度剖面,重点研究了低太阳活动条件下,夏季白天电离层F1层峰在南北半球中高纬（40-70°）出现率的经度变化特征。由于F1层峰出现率较高时,平均电子密度剖面伴随更显著的结构,因此本文进一步假设了电子密度的谷-峰比值（即该F1-F2谷底相对F1层峰的深度与F1层峰值密度的比值）可代表F1层峰的出现率,利用TIEGCM模拟该比值的变化。该比值很好地再现了观测的F1层峰的经度变化。TIEGCM的模拟控制实验以及大气成分观测的结果表明,F1层峰出现率的经度变化主要与热层大气成分的比值（即O/N2）的经度分布较为一致;并且动力学过程（例如F1层上方的中性风的输运过程）仅有次要的贡献;F1层峰高以上的低O/N2使得电离层中高纬度F1层上方的电子密度较低,从而让F1层峰在高度剖面上更加明显。（2）电离层F1层峰值密度的全球分布特征研究以往人们对F1层峰值密度的经度变化特征也较少关注。本文统计了从2006到2010年期间全球分布的测高仪台站的观测数据,研究了 F1层峰值密度随经纬度分布的特征。结果表明测高仪的观测与国际参考电离层模型（IRI）输出的NmF1在纬度分布上比较一致,但观测显示NmF1在南北半球夏季时期在东半球均出现明显的峰值,位于在90°E到150°E范围内,该结果与IRI差异显著。本文进一步利用中性大气模型MSISE获取的背景中性成分密度,以及分别用HWM模型和ISR离子漂移模型获取的中性风和电场漂移速度;通过对比分析表明NmF1的经度差异在北半球与背景中性成分氧原子（O）的经度差异基本一致;在南半球中性风和电场驱动的等离子体垂直漂移的影响超过了背景中性成分的影响,这两项输运过程主导了南半球的NmF1的经度差异。（3）电子密度剖面及其特征参数对日食响应的高度变化与时间延迟研究以往对电离层日食响应的研究大多是利用单个测高仪台站的观测结果,缺乏对多个事件和不同高度响应的对比研究和相应的机理研究。本文利用亚洲区域和美洲地区的多个测高仪观测并结合TIEGCM模式模拟,对一次日环食和一次日全食引起的电离层电子密度剖面的高度变化进行了统计和对比分析,并探讨其形成机制。结果显示日食期间电离层低高度E层和F1层的电子密度变化与日食过程基本同步,电离层电子密度的相对变化与太阳辐射通量的变化呈正相关,且F1层峰值密度的日食响应幅度要大于E层,与以往观测一致。进一步通过分析观测和模拟得到的电子密度剖面结果,我们发现食甚时最大电子密度响应的高度一般不在F1层峰高度,而是在其上方约几十公里的位置;分析表明该最大响应是电离层光化学效应和输运过程共同作用的结果。本项研究还利用TIEGCM进行模拟,发现除了高度差异外,F2层电子密度最大日食衰减的时间延迟有显著的经纬度和地方时变化。进一步地,本文通过对该模式中O+连续性方程进行项分析,通过定量揭示了以往尚不清楚的日食期间光化学和各个输运项对日食响应的相对影响,从而揭示电离层较高高度的电子密度在食甚后延迟时间的长短与等离子体的输运过程有较强的关联;且在不同经纬度和地方时条件下,扩散、中性风和电场漂移这些动力学过程作用不同,导致了日食响应存在明显的经纬度变化。（4）电离层电子密度剖面对耀斑的响应特征研究以往人们对电子密度耀斑响应的高度变化、时间延迟等现象的形成机制缺乏充分的了解。本文结合了 Millstone Hill站的非相干散射雷达（ISR）观测和TIEGCM模拟,研究了三次不同耀斑期间电子密度剖面的响应特征和形成机制,并与日食效应对比。结果表明耀斑期间电子密度的显著增强主要集中在150公里以下的低高度,而在F层电子密度的变化幅度相对较小。TIEGCM模拟结果再现了耀斑期间电子密度的响应时延的高度差异,即电子密度耀斑响应的延迟时间在200公里以下高度（E层和F1层）较短,在200公里以上随高度的增加而增加,并揭示了该延迟时间的变化是由损失过程随高度的变化所导致。耀斑和日食期间电子密度的高度变化存在明显差异,其原因是耀斑和日食期间的太阳辐射谱的变化不同,因此耀斑期间的太阳辐射变化引起的电离层效应不能简单视为日食的相反过程。