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电离层通过磁力线与磁层的各个区域直接相接,使得电离层与磁层之间存在着强烈的物质和能量耦合过程。研究在磁层和电离层这两个不同区域间的物理过程如何彼此响应,对于揭示磁层-电离层耦合的动力学过程具有重要的意义。为此,基于卫星和地面观测以及电流模型,我们研究了在磁层-电离层之间对应的物理现象,主要研究了sawtooth事件期间电流楔在高纬及中低纬电离层的特征,磁尾磁通量绳事件在电离层的响应,以及sawtooth事件期间极光千米波的特征。本篇论文主要的研究工作如下：首先,本文介绍了利用球元基本电流系结合地面磁场数据反演重建高纬电离层水平等效电流模型的方法。其次,基于该电流模型,我们研究了电离层电流及地磁场对sawtooth事件的响应特征。通过高纬电离层电集流与中低纬磁弯扰情形的比较,发现在大部分的注入事件中有电流楔的形成,并获得高纬电集流与中低纬磁弯扰对电流楔响应的时空尺度特征：由高纬电集流变化与由中低纬磁弯扰估计的电流楔展宽都有11个磁地方时,比典型亚暴事件的电流楔展宽更宽；两者估计的电流楔中心位置在夜侧台站较多且分布均匀的事件中十分吻合；高纬电集流达到最大扰动值的时间,平均比中低纬磁弯扰达到最大扰动值的时间短。研究结果对揭示高纬电集流与中低纬磁弯扰在sawtooth事件期间对电流楔的响应特征具有重要的意义。再次,我们利用Cluster卫星与IMAGE地磁台站数据研究了在磁尾观测到的地向运动磁通量绳事件,通过重建二维电离层等效电流系以及卫星在磁层的联合观测,发现磁通量绳事件伴随有场向电流,其位置对应到电离层等效电流系的涡旋结构附近,表明磁通量绳中的电流通过场向电流与电离层电流相连接。最后,基于LANL卫星与Geotail卫星的观测,统计研究了1998年到2005年sawtooth事件期间是否有极光千米波(AKR)的爆发,发现两事件具有较好的关联。统计研究了sawtooth事件期间AKR的主要特征：22.5%的事件AKR爆发情形与亚暴事件期间伴随的AKR爆发情形相似；55.9%的事件特征为中频AKR长时间持续出现,然后低频AKR才单次或多次爆发。从卫星没有观测到低频AKR爆发时的位置分布可推测sawtooth注入期间低频AKR主要在黄昏至午夜前的位置爆发。总之,本文建立的北半球高纬电离层等效电流系模型,为研究不同尺度磁层-电离层电流系统的耦合提供了有效手段。利用电流系模型结合地磁场数据很好的研究了sawtooth事件期间电流楔在高纬及中低纬的响应特征。利用电流模型结合地面及卫星观测发现磁通量绳在电离层的响应。sawtooth事件期间极光千米波的统计研究表明此两种现象之间的关联,并获得极光千米波在sawtooth事件期间爆发的特征,这对于磁层-电离层耦合研究具有重要的意义。