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磁通量绳是扭曲的磁通量管。其磁场线呈螺旋状，主要观测特征为沿电流片法向的磁场分量的双极变化以及双极变化中心附近，躺在电流片平面内的强核心场。磁通量绳一般被认为是在磁场重联过程中产生的，并在磁层物质和能量输运以及磁层基本动力学过程中起重要作用。近来的研究表明磁场重联的过程总是伴随着磁通量绳的产生以及它们之间的相互作用—磁岛合并。磁通量绳通过自身收缩及合并可以有效的加速电子。对磁通量绳如何形成，其内部磁结构如何以及其如何与周围环境相互作用的研究，对于人们认识磁场重联过程以及空间中的粒子加速现象有重要意义。利用Cluster卫星和MMS卫星观测数据，本文对地球磁层的磁通量绳及其合并过程进行了研究。主要的内容和结果如下: 1.磁通量绳核心场的起源 磁通量绳一般被认为是在磁场重联过程中产生的。关于磁通量绳的形成的一个重要的问题是其核心场的起源。利用Cluster卫星2001-2004年磁尾季的观测数据，审查了磁尾磁通量绳核心场的极性与行星际磁场晨昏分量极性的关系。发现除了个别事例外，磁尾磁通量绳核心场的极性与行星际磁场晨昏分量极性有很好的正相关性。行星际磁场的晨昏分量可以映射到磁尾并为磁尾重联提供引导场。这样本文的结果说明磁通量绳的核心场可能来自于重联过程中的引导场。 2.磁尾磁通量绳相关的场向电流体系 磁通量绳对电子加速的能力依赖于其具体的磁场位型。利用磁场与电流的夹角可以反推场向电流的相对大小，进而获得对磁通量绳磁场位型的了解。通过对Cluster卫星2001-2004年磁尾季观测到的35个磁通量绳事例的审查，发现在86％的磁通量绳内部场向电流占主导地位。71％的磁通量绳外面裹着一层区域，在此区域内，场向电流与垂直电流强度相当且方向急剧变化。也就是说大部分磁通量绳其内部近似处于无力场状态，但是在包裹区磁场严重偏离无力场位型。另外笔者发现虽然不同磁通量内电子密度形态有时差别很大，但是在磁通量绳内电子密度的统计平均值几乎不变。这个结果与磁通量绳内无力场位型是一致的。由于无力场态为磁能最小态，笔者的结果说明与磁通量绳相关的能量转化可能发生在包裹区。 3.磁尾磁通量绳合并 磁通量绳合并可以有效的加速电子。分析了在尾向高速流中相继被Cluster卫星观测到的两个磁通量绳事例。通过分析发现在两个磁通量绳之间存在竖立的电流片。在电流片附近观测到了电磁场的强烈扰动和高能电子通量的增强。对焦耳加热的估计表明在电流片内磁能正在耗散。这样，认为这两个磁通量绳正在合并。这次观测说明磁通量绳合并可以在远离重联扩散区的高速流中发生。根据分析结果给出了在磁尾认定磁通量绳合并的几条依据:1）卫星在地向或尾向流中观测到两个相互接近的磁通量绳;2）在两个磁通量绳之间观测到尾向流中先南后北或者地向流中先北后南双极Bz信号;3）在双极Bz的中心存在竖立的薄电流片;4）薄电流片里电流指向晨侧;5）在电流片内焦耳加热是正的。 4.磁层顶磁通量绳合并 Cluster卫星粒子数据分辨率低且只能测量电场的两个分量，这使得无法准确估计合并区域内的焦耳加热和分析合并区域的结构。利用MMS卫星高时间分辨率的数据，分析了在日侧磁层顶边界层附近一次磁通量绳合并的事例。参与合并的两个磁通量绳在南向高速流前端被观测到，其轴向指向北方，其尺度分别为离子尺度和MHD尺度。由于其自身的强核心场，磁通量绳合并属于强引导场重联。在合并电流片内卫星观测到了强的平行电场以及沿出流方向的电子喷流。对焦耳加热的计算表明合并电流片内存在强的焦耳加热，且焦耳加热主要由平行分量贡献。以上结果与强引导场重联中模拟研究中的结果是一致的。MMS的观测直接证实了提出的磁通量绳合并认定依据的正确性。