空间电流体系是影响空间电磁环境的重要因素，一直是空间物理领域中十分活跃的研究对象，它不仅影响着变化磁场的时空特征，改变着磁层的位形结构，而且还是各种空间暴的重要动量、能量来源，控制着不同圈层之间的耦合过程，因此对空间电流体系的研究兼有学术意义和应用价值。本文利用全球地磁台网提供的地磁数据，开展了有关空间电流体系的地磁反演和理论研究工作。　　 首先，运用自然正交分量法提取Sq，并对该方法进行了改进。对地磁数据采用自然正交分量法(NOC)进行分析，发现平静时期，NOC提取得前两阶模分别对应Sq和SD，其相应的幅度值包含逐日变化的特征，这可为背景磁场的扣除提供很好的帮助。另外，由于自然界中的各种过程很难满足正交条件，这种要求太严格，为此我们尝试如何从NOC正交分解扩展到斜交分解，以期望分离出的各个成分能较好地对应真实的物理过程。我们先把原来在物理空间中的数据变换到另外一个新的象空间中，选择合理的映射矩阵会使得在原物理空间中的斜交成分当转换到象空间后满足正交条件，然后进行NOC分解，最后再逆映射回到原来的物理空间，以达到合理地、物理地分解数据的目的。实质上，我们把该问题转变为求极小值的最优化问题，并设计了一套迭代算法近似求取全局最优解，该方法为进一步在地磁扰动期间提取S.提供了一种思路。　　 其次，地磁反演磁暴期间环电流的拓扑结构。由于环电流在空间中的不同展布位形，会使得地面呈现出迥异的扰动场形态。为此，我们调研了全球不同经纬度42个台站，在11个强磁暴期间的地磁H分量数据，分析了全球扰动场的形态，重构了环电流的拓扑结构，并定义了两个参数用于定量描述环电流在空间的展布位形。研究结果表明：在某些强磁暴期间，环电流相对于磁赤道面发生倾斜，倾斜角δt≈13～25°；与此同时，环电流常常发生纬向移动，移动幅度δs≈0～21.8°。地面不同纬度台站的水平分量磁扰ΔHk与纬度φk的之间规律可以更好地表述为：ΔHk=ΔHmaxc0.(φk-δ)，这一修正为下一步Dst指数改进工作提供了参考。　　 再次，对环电流在磁暴期间的增能过程进行了物理分析。磁暴是空间物理研究的热点，其间的环电流增强和相应Dst指数下降，是磁暴的典型特征。暴时环电流粒子的加能机制一直是磁暴理论的核心问题，作者对其进行了有益的探讨，结论如下：当行星际南向磁场分量增强时，加载在磁尾处的对流电场驱动等离子片粒子地向‘侵入’内磁层。粒子在输运期间会被加速，能量得到增强。磁层对这些渗透进来的粒子是逐级加能的：粒子侵入越深，得到的能量越高，造成了径向上的能量梯度。这一能量梯度等效为背离地球方向上的力，阻碍着粒子的进一步地向漂移，体现出磁层对等离子体的“抗磁性”。与此同时，能量得到增强的环电流也造成了地面Dst指数大幅下降。通常暴时Dst的下降呈lognormal规律，这种规律事实上暗含了磁层对环电流粒子的加能过程，此过程的加能效率很高，会使环电流能量以幂律方式快速增加，为此我们提出用以衡量该加能效率的定量化参数-加能指数，并给出如何从暴时地磁数据中提取这一指数的方案。从物理上讲，Dst下降趋势(即形态)是由磁层位形决定的，而下降的幅度取决于对流电场的强度(或太阳风南向分量大小)。　　 最后，对Dst指数的预报。地磁指数在空间天气中有广泛的应用，如何利用上游行星际空间拉格朗日点处的太阳风参数来预测Dst指数的变化，有着潜在的应用价值，我们对目前流行的预报算法进行了尝试性的发展工作。　　 总之，本文主要是针对空间电流体系，尤其是环电流，展开的基础性研究工作，以期望能够加深对磁暴期间环电流在形态上和动力学加能机制上的认识，从研究思路，设计方法，再到物理过程分析，定量描述，都是希望能在纷繁复杂的现象中，探求那暗藏其中的机理。