内磁层波粒相互作用导致高能粒子沉降是内磁层-电离层系统的主要物质耦合机制。等离子体层中波粒相互作用的特征及其相应的电离层效应是内磁层-电离层耦合研究的核心课题。本文主要围绕这一研究课题开展工作。首先,本文利用磁暴期间多颗卫星与地面的联合观测,研究等离子体层羽状结构(Plume)中波粒相互作用的特性。首次揭示了等离子体层Plume中等离子体波的空间分布：ELF嘶声(Hiss)位于Plume中电子密度的峰值附近,而EMIC波(Electromagnetic Ion Cyclotron Waves)位于Plume的外边界。获得了等离子体层Plume中环电流离子被EMIC波散射到损失锥的卫星实地观测证据。揭示了暴时亚极光区沉降的高能质子和电子的通量峰值在纬度上分离是由于等离子体层Plume区波粒相互作用的结果。其次,本文基于Cluster卫星穿越等离子体片进入内磁层的观测,研究高能离子散射到损失锥的物理机制。揭示了等离子体片及等离子体层Plume区高能离子被散射进入损失锥的不同物理机制：在磁尾等离子体片中归结于磁场的曲率散射机制；而在等离子体层Plume区则由EMIC波通过波粒相互作用而散射。最后,本文通过卫星与地面的联合观测,研究磁暴期间等离子体层波粒相互作用的电离层效应。首次获得EMIC波导致的离子沉降对电离层影响的观测证据。研究结果表明：暴时EMIC波导致的高能离子沉降能够引起亚极光区电离层E区峰值电子浓度及电导率显著增强。另外,我们发现了在磁暴期间等离子体层Plume中波粒相互作用导致的沉降粒子在电离层探测中的观测印记：等离子体层Plume中的Hiss散射的环电流电子能够沉降到电离层D区,导致暴时密度增强区(Storm Enhanced Density,即SED)测高仪观测的低频段电波被强烈吸收；而EMIC波散射的环电流离子沉降到电离层E区,导致了Es层的出现。本文的研究成果对于揭示内磁层-电离层系统的物质耦合特征及亚极光区的电离层观测研究具有重要的意义。