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磁暴是日地空间电磁环境发生剧烈扰动的现象，在日地能量耦合链中起着重要的作用。磁暴发生期间，通信系统、电力系统、输油管道和人类的空间活动的安全性受到严重威胁，因此磁暴研究一直是地磁和空间物理学家十分关注的问题，不仅具有重要的科学意义，而且也是人类生产和空间事业发展的需要。本论文主要研究磁暴期间，磁层.电离层电流体系磁场的空间分布和时间变化特征。论文分为四个部分：首先对不同来源的磁扰成分进行分离，然后分别研究环电流的拓扑结构和不对称特征，以及Sq逐日变化的统计特征。
1.磁暴期间中低纬度磁扰成分的分离及演化特征
中低纬度地区变化磁场的主要成分有：暴时变化(Dst)、太阳静日变化(Sq)和太阳扰日变化(SD)等。利用120°E中国地磁子午链台站H分量的时均值数据，对1997～1999年期间发生的25次磁暴进行分析。依据磁扰成分的不同特点，提出一种利用自然正交分量法(NOC)、相关分析和傅立叶分析依次实现对三种主要成分分离的“三步分离法”。结果表明：NOC方法得到的第一阶本征模可以清楚地反映Dst变化的空间分布和时间演化特征，相关分析和傅立叶分析可以很好地提取Sq和SD变化。对子午链上不同台站Sq振幅逐日变化的分析表明，Sq焦点的纬向移动是产生Sq振幅逐日变化的主要原因。而SD的振幅变化具有在磁暴主相期间最大，主相过后逐渐减小的特征。
2.磁暴环电流的拓扑结构
根据环电流产生机制以及地面磁场观测数据的分析，在不同磁扰水平下，环电流的中心面并不与赤道面重合，二者之间存在夹角δ。利用同一子午链两个台站的H分量和Z分量记录，推导出可以描述不同磁暴之间不变特征的不变量λ。然后，利用子午链台站的H分量数据求出环电流中心面的倾角δ，并用模型计算对得到的结果进行检验。最后根据δ角对Dst指数进行修正。
3.磁暴环电流的不对称特征
对称环电流和部分环电流产生的磁场叠加在一起，产生了中低纬度磁场的不均匀变化。利用子午链(20°E和30°E)和纬圈链(30°N)台站记录到的地磁场数据，通过统计分析、环电流模型计算，以及对2004年11月07～10日发生的双急始、双主相强磁暴典型事件分析，从三个方面揭示出H分量具有显著的晨-昏不对称性，从而反映了环电流空间分布不均匀的特点。此外，在急始发生后的初相阶段，H分量增大并且在中午附近达到极大值。反映出磁层顶查普曼-法拉罗电流产生的地磁效应。
4. Sq逐日变化的统计特征和物理分析
选用120°E中国地磁子午链台站的H分量时均值数据，研究了Sq的逐日变化。首先利用NOC方法从原始数据中提取Sq，对Sq焦点时空变化的分析结果表明，位于Sq焦点同侧台站的Sq逐日变化呈明显的正相关，而位于不同侧的台站则呈明显的负相关，反映出Sq焦点纬向漂移的地磁效应。通过分析Sq振幅的逐日变化与地磁活动指数Ap和Dst间的关系得知，当Ap和Dst指数很大时(即地磁活动剧烈)，有时Sq振幅增大，而有时却明显减小。这表明，影响Sq逐日变化主要有两种机制，即电离层发电机电流强度的变化以及扰日发电机的影响。