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磁层-电离层耦合主要是指太阳风能量进入磁层后向电离层输运的过程，以及磁层和电离层能量和物质的相互作用过程，平静状态下磁层与电离层主要通过大尺度的对流来实现能量的输运和耗散，当有大量能量进入磁层时，主要通过亚暴和磁暴过程来向近地空间传递能量，其中主要的活动现象包括场向电流和极光活动。因此本工作从极光沉降粒子活动特征，不同高度卫星看到的大尺度场向电流暴时的分布特征，以及特定亚暴事件中磁尾磁场位形及亚暴三维电流系的形成三个方面考察了磁层-电离层耦合的不同角度的活动特征，主要结果如下：
首先通过分析N0AA/P0ES系列极轨卫星观测到的1978～2006年极光沉降粒子能量数据EPI得出：
(1)EPI与aa，AE，Dst这些地磁活动指数有相似的逐年变化特征，而不是像太阳黑子数有11周期的变化活动。这表明极光沉降粒子可能是引起高纬地磁活动的重要因素之一，所以它的活动更多地表征了地磁活动的特征，而不是太阳活动的特征。EPI在太阳黑子极大之后1～2年出现了峰值，这与Stomer((1955)的结论是一致的。
(2)对极光沉降粒子能量EPI进行时序叠加分析得出，沉降粒子能量有两个峰值出现，一个峰值在3月，绝对变化和相对变化分别为0.75GW，3％，另一个峰值在9月，相对Pa的年均值，绝对变化和相对变化分别为2.75GW和12％。另外南、北半球沉降粒子能量SPa、NPa同样有明显的春秋分峰值的年变化特征，北半球的值出现在2月和10月，南半球峰值出现在4月和10月。沉降粒子的显著的春秋分峰值的年变化特征，说明地磁轴与日地连线夹角的季节变化对于极光粒子沉降起着主要的调制作用。
(3)把南北半球的EPI按照劳埃德季节分类，对不同季节SPa和NPa做线性拟合及相关得出：(i)不同季节NPa与SPa的相关系数都在95％以上，证实了南北极光沉降粒子活动的共轭性特征。(ii)在分点季节，两个半球能量相当；在夏至季节，拟合直线方程为：SPa=1.0*NPa+1.53，此时南半球沉降粒子能量始终大于北半球，最大差异为8％；在冬至季节，拟合直线方程为：SPa=0.83*NPa+2.28，当NPa大于13.4GW时，SPa小于NPa，所有97％的数据点都分布在13.4GW以上的水平，此时统计趋势为北半球能量大。总的来说冬季半球的沉降粒子能量都大于夏季半球的沉降粒子能量。
(4)日变化呈现出南北半球不同的特征：北半球EPT在0400UT-1400UT较强，正午1200UT出现峰值，峰值相对于北半球的平均值最大偏差出现在春秋分季节，为22％；南半球EPI在2000UT附近出现主峰值，并且峰值相对于南半球的平均值最大偏差也出现在春秋分季节，为22％。这首先验证了极光沉降粒子春秋分极大的年变化特征；另外可以得出极光沉降粒子的日变化较年变化(12％以下)更为明显，在沉降粒子的变化特征中占主导。
其次，对全球及南北半球各自的EPI的时均值Pα，SPα和NPα与地磁指数AE，Dst作相关分析，主要结论如下：
(1)因为Pa与AE指数都是用于描述极光活动的，所以它们的相关较高。NPa和SPa分别与AE和Dst指数做相关分析发现，与AE的相关性SPa好于NPa，与Dst的南北半球相等，证实了南北极光活动共轭性的存在。
(2)在延时τ=0的情况下，Pa与AE指数相关达到最高，说明全球极光沉降粒子与极光电集流的活动几乎是同步进行的；Dst滞后τ=1～2h时，Pa与Dst相关达到最高，并且延时为6～8个小时相关高于无延时的情况。
(3)极光沉降粒子能量EPI与地磁活动变化的一致性表明，EPI能够很好的表达极光活动的特征，可以作为研究亚暴活动的一个参考物理量，并从统计上能做为磁暴主相时间尺度划分的依据之一。
接着，我们用CHAWP卫星和P0.ar卫星的磁场数据分析研究了2004年11月7日到8日巨磁暴期间大尺度场向电流片的时空分布特征。主要结果如下：
(1)无论北半球还是南半球，主相期间大尺度场向电流片的个数多于且密度大于恢复相期间。早上扇区的电流片个数明显多于下午扇区。
(2)早上扇区的大尺度电流片的分布特征更多地受到亚暴活动的影响，而下午扇区的电流片分布更多反映了暴时环电流活动的特征。
(3)早上扇区从主相到恢复相，电流片分布范围向高纬扩展；而下午扇区电流片分布范围较主相显著地向低纬扩展。
(4)早上扇区N0AA/POES的极光沉降粒子能量数据和CHAMP观测到的大尺度电流片分布对应的时段，电流片的个数、密度基本随能量的增加而增加。下午扇区对应时段，电流分布与能量的关系较为复杂。较高高度的P0.ar卫星在07日1930UT～2006UT时段可以较好的看到1区，2区，以及极隙区1、2、3五片场向电流片，并且电流片的特征与同时P0.ar的粒子以及电场观测特征有着很好的对应。
最后，我们对发生在2004年11月08日0500UT～0600UT的亚暴事件膨胀相开始时的夜晚侧磁层磁场特征进行了分析，分析主要得到如下结果：这个亚暴事件中，卫星从Goes10到Goes12再到Cluster4先后观测到了膨胀相触发，磁尾中性片从同步轨道处到10RE的范围内，电流片中断是从近地处向磁尾传播的。所有卫星观测到的场向电流的增强几乎与磁场偶极化同步，略微提前几分钟，高能粒子的注入的增强，以及电场活动的显著变化也基本同时开始。所有卫星观测到膨胀相触发的时间都早于用地面极光电集流指数确定的触发时刻。这些特征都可以被参考作为这类亚暴事件膨胀相触发开始的判断依据。