地球电离层是距地面约60-1000km的中性大气成分被太阳辐射而部分电离的区域。该区域是连接近地空间和外层空间的纽带,是日地系统能量传输的关键区域,也是空间天气产生效应的重要场所。电离层中电子密度随高度变化,而F2层通常是电子密度最高的区域,F2层峰值电子密度（NmF2）常常用来表征电离层的日变化特征。受到电离层中电动力学等过程的影响,NmF2的演化过程常常偏离Chapman理论,即出现“异常”现象,表现为NmF2在不同的太阳光照条件下异常增强,异常减小。而这些电离层“异常”能够直接影响超视距雷达探测、无线通信导航等,因而一直是国内外研究的热点。目前前人的研究主要集中在中低纬电离层“异常”现象的分布特征与产生机制等方面,而由于中高纬电离层动力学过程较为复杂,该区域电离层“异常”现象的分布特征与产生机制至今远未弄清楚。本文聚焦中高纬电离层“异常”现象,并依据电离层NmF2日变化所对应不同太阳光照条件（光致电离）下出现的“异常”现象,将其分为:夜间增强、黄昏增强和午前“咬失”。利用北半球中高纬地区电离层数字测高仪长达16年连续观测数据,统计研究了上述“异常”现象的季节分布特征和随太阳活动水平的变化特征,并结合中高纬电离层经验模型E-CHAIM对这些“异常”现象进行模拟研究,探究其区域分布特征及造成这些特征的影响因素等。本文主要研究结果如下:1、夜间增强现象。在北半球中高纬地区,夜间由于没有光照,光致电离作用完全消失,正常情况下电离层NmF2在夜间会迅速减小,但有时NmF2在夜间会停止减小转为增加并且在午夜附近达到峰值,这便是夜间增强现象。夜间增强现象主要发生在当地冬季11、12、1、2四个月份,其发生率和相对增强幅度与太阳活动水平呈负相关。该现象主要是由于等离子体在电动力学漂移作用下从等离子层和顶部电离层向F2层注入造成的。E-CHAIM模型的模拟结果与观测相符,重现了夜间增强现象,并获取了北半球中高纬地区的夜间增强的时空分布特征:主要分布在欧洲东部到亚洲东北部（60°N,60°E周围）,以及沿着地磁50°N分布的宽度为10°左右的带状区域内。该分布特征可能与不同经度地磁场倾斜造成的向下等离子通量不同,以及地磁场经向变化导致径向风和电场漂移变化有关。2.黄昏增强现象。在北半球中高纬地区,午后由于光照减弱光致电离作用也随之减弱,正常情况下电离层NmF2在午后会逐渐减小,但有时NmF2在午后接近黄昏期间停止减小而转为增加,并且在日落附近达到峰值,这便是黄昏增强现象。黄昏增强现象主要发生在当地夏季5、6、7、8四个月份,其发生率和相对增强幅度与太阳活动水平呈负相关。该现象主要是日落附近光致电离作用和赤道向中性风引起的F2层抬升共同作用的结果。E-CHAIM模型的模拟结果与观测相符,重现了黄昏增强现象,并获取了北半球中高纬地区的黄昏增强的时空分布特征:主要分布在北美洲中部（45°N,90°W周围）、欧洲西部（55°N,15°E周围）和亚洲东北部（60°N,150°E周围）,并且沿着地磁50°N分布。该分布特征与北半球日落附近hmF2显著升高的区域分布特征密切相关。3.午前“咬失”现象。在北半球中高纬地区,上午由于光照增强光致电离作用也随之增强,正常情况下电离层NmF2在上午会逐渐增大,并在正午附近达到峰值,但有时NmF2在上午停止增加且转为显著下降,并且在午前达到极小值,这便是午前“咬失”现象。午前“咬失”现象主要发生在当地夏季5、6、7、8四个月份,随着太阳活动水平的升高,发生率和咬失程度均升高。该现象主要是由于中性风引起的等离子体向下输运和电子温度升高引起的等离子体向上扩散共同作用的结果。本文研究结果有助于深入理解中高纬电离层动力学过程,为电离层和空间天气建模预报提供了理论支撑,具有非常重要的科学意义和应用价值。