把CME—行星际扰动—电离层和热层变化联系起来,研究其主要的物理联系具有重要科学意义和应用前景。本文利用太阳/行星际观测数据,以及地磁活动指数,结合赤道电离层电场数据和热层密度数据,系统地研究了强磁暴(Dst≤-100 nT)期间ICME对电离层和热层变化性的影响。主要研究内容和结果如下:　　 本文分析和对比了ICMEs和鞘区的统计特征,主要是研究了这两种太阳风结构的各种物理参数的分布规律和对地有效性。选取了1996-2005期间53个由单个ICME驱动的强磁暴事件。分析结果表明,对于这两种太阳风结构而言,行星际磁场、太阳风速度、太阳风密度、质子温度、太阳风动压、等离子体β和阿尔芬马赫数满足对数正态分布,而磁场Z分量和行星际电场Y分量满足正态分布。平均来讲,鞘区的行星际磁场、磁场Z分量、太阳风速度、太阳风密度、质子温度、太阳风动压、等离子体β和阿尔芬马赫数比ICME对应的参数大15％,80％,4％,60％,70％,62％,67％,30％,但二者的行星际电场是差不多的。另外这两种太阳风结构与地球磁层相互作用时,具有相同的能量输入率,但根据Borovsky函数,二者与磁层相互作用时的日侧重联效率不同。　　 分析了71个强磁暴事件发生过程中的太阳风-磁层-电离层能量耦合,其中51个磁暴由ICME驱动,20个磁暴事件由鞘区驱动。利用叠加分析的方法,对比研究了ICME和鞘区驱动磁暴期间的能量注入和耗散随时间的演化。分析结果表明,对于ICME驱动的磁暴,太阳风-磁层耦合函数和地磁指数表现出较为缓慢的增长和恢复趋势。但是鞘区驱动的磁暴对应的耦合函数和地磁指数的极值却大一些。一般地,太阳风能量注入和耗散与耦合函数有相似的时序变化趋势。另外,也定量估算了ICME和鞘区驱动磁暴期间太阳风注入的能量和磁层-电离层耗散的能量。分析结果表明,对于这两类事件,太阳风注入的能量和粒子沉降耗散的能量在统计上显著不同,而焦耳加热、环电流和耗散的总能量在统计上则相同;此外,电子沉降耗散的能量显著不同,离子沉降耗散的能量则相同。总的来说,电离层耗散了绝大部分的能量,而环电流仅仅耗散了12-14％的能量。　　 利用CHAMP卫星观测的400km热层总质量密度的数据定量分析了强磁暴期间太阳风能量输入和热层密度变化之间的关系。主要考察了72°S,0°and72°N三个纬度上的热层密度的变化。所选52强磁暴事件发生在2001年8月到2006年12月期间。分析过程中,用太阳风参数和太阳风-磁层耦合函数去表征太阳风能量输入量的变化。研究结果表明热层密度与各种太阳风参数和太阳风-磁层耦合函数的相关性对于不同的磁暴事件而言是完全不同的。进一步的统计分析表明,在所选太阳风参数和太阳风-磁层耦合函数中,Borovsky函数与热层密度变化的相关性最好。赤道区域的密度对应的相关性比高纬的密度对应的相关性要好。在72°S和0°,日侧和夜侧对应的相关性差不多。但在72°N,夜侧的相关性稍高于日侧的相关性。这些研究结果表明,可以利用太阳风参数来预报磁暴期间热层密度的扰动。　　 最后,讨论了强磁暴期间磁云结构(包括鞘区、鞘区和磁云边界层、磁云本体和激波穿越前面的磁云)的电场穿透对赤道电离层的影响。利用ACE和WIND飞船观测的太阳风数据,证认了这四种太阳风结构对应的行星际电场穿透对赤道电离层的影响。赤道电离层电场是通过Jicamarca非相干雷达观测数据推算得到。分析结果表明,考虑太阳风从飞船传播到磁层顶过程中的时延之后,赤道电场随着太阳风扰动的到达而迅速响应。而且,赤道电场的响应时间正好是磁云结构所对应的时间段。所以,分析赤道电场的行星际驱动源有助于我们进一步理解电场穿透的物理过程及其对电离层的影响。