在地球磁层中，能量粒子的爆发性活动往往造成许多空间天气效应，对人类航天，卫星通讯和导航定位等产生重要的影响。这些能量粒子的起源、加速与损失机制一直是空间物理学研究的热点和难题之一，这其中包括外辐射带电子(数百keV-数MeV)和环电流离子(数keV-数百keV)的加速过程。在磁暴期间，辐射带电子通量可以在几分钟到几天的时间尺度上显著增加几个数量级；环电流区域氧离子(O+)往往获得比质子(H+)更为高效的加速，甚至取代质子成为环电流中的主要离子成分。人们对这些现象背后物理机制的认识，仍处于争论和探索之中。　　 磁层空间中的各种磁流体力学波和等离子体波活动，在能量粒子的输运，加速和损失过程中扮演着重要的角色。本工作主要关注超低频(ULF)波动对能量粒子产生的影响。ULF波是指周期在1-1000秒之间的磁流体力学波，可能激发ULF波的机制包括外界的太阳风动压扰动；磁层顶的Kelvin-Helmholtz不稳定性；以及磁层内部的等离子体不稳定性等。因ULF波的周期与粒子的漂移运动(比如辐射带电子)或弹跳运动(比如环电流离子，背景热离子成分)的周期相当，有可能发生波与粒子间的漂移共振或者漂移-弹跳共振，导致波与粒子之间的能量交换，最终使粒子得到加速或减速。以往对超低频波与能量粒子的共振作用的研究主要基于理论和数值模拟，而观测研究却十分有限。虽然最近的卫星观测证实了ULF波能通过漂移共振过程有效的加速辐射带电子，但是ULF波与环电流离子相互作用的系统研究还未展开。人们至今还不清楚ULF波对环电流离子动力学过程的影响，比如，ULF波与环电流离子和辐射带电子间的共振能否同时发生?ULF波能否通过漂移-弹跳共振作用加速环电流离子；共振效应对H+和O+而言会不会有所区别?ULF波对离子的投掷角分布会有什么影响?本文通过欧空局Cluster卫星的观测数据，对这些基本的物理问题进行研究和探讨。本文的研究工作包括以下三个部分：　　 过去人们往往孤立地考虑ULF波对辐射带电子的作用和其对环电流离子的作用。从理论上讲，ULF波与高能电子的漂移共振以及与离子的漂移-弹跳共振是可以同时激发起来的，但是观测上尚缺乏证据。本文研究了能量电子通量和热离子通量同时受到超低频波调制的现象。通过Cluster多卫星观测，证实了极型模驻波与能量电子的漂移共振以及与热离子成分(O+和H+)的漂移-弹跳共振可以同时发生。研究结果还表明，电子通过漂移共振过程获得明显的加速。本文还讨论了重离子成分通过调节磁力线本征频率进而对辐射带电子加速产生的影响。该研究工作首次揭示了内磁层中高能电子和热离子成分可以同时受到ULF波的调制而产生不同形式的共振。这将为今后研究超低频波在辐射带电子与环电流/等离子体层离子的能量耦合中的作用打下基础。　　 目前有关超低频波中离子投掷角分布的观测研究极少；尤其是在较高纬度区域离子的投掷角分布特征，至今仍缺乏清晰的认识。Cluster卫星的极轨轨道跨越很大的纬度范围，为我们研究这一问题提供了极好的条件。本文首次系统的研究了极型模驻波中O+离子(1-40 keV)投掷角分布的特征。观测表明，在磁赤道面附近出现周期性双向离子束，且投掷角共轭的离子通量波动几乎是同相位的；然而在远离磁赤道区域，O+通量波动覆盖很宽的投掷角范围并显现周期性的投掷角色散的特征，色散的斜率在南北半球正好相反。结合模型和数值计算，本文对这种随纬度变化的投掷角分布特征给出了合理的解释。进一步分析表明，发生漂移-弹跳共振的离子在赤道面附近的投掷角分布特点可以有效地诊断ULF波的波模结构。这些观测将有助于人们更好的理解ULF波对环电流O+离子动力学过程的影响。　　 迄今人们尚不清楚ULF波与能否通过漂移-弹跳共振加速环电流O+离子成分。通过Cluster多卫星观测，本文研究磁暴期间O+离子(1-40 keV)通量调制与不同ULF波模之间的相关性，并分析此过程中O+离子的能谱变化特征。结果表明，O+与极型模驻波间漂移-弹跳共振可以在某些特定的能量范围激发，产生共振的O+能被有效地加速/减速。这一研究说明ULF波不仅能加速辐射带电子，而且对环电流O+的加速有着不可忽略的贡献。这也意味着人们在环电流动力学综合模型的研究中需要考虑加入ULF波的影响。　　 本文的结构组织如下：第一章简述磁层中超低频波的特征及其与能量粒子相互作用的有关理论；第二章介绍卫星数据和分析方法；第三章到第五章阐述本文的主要观测结果；最后是结论部分。