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等离子体波动普遍存在于地球磁层中,频率范围跨越多个数量级,最常见的几种波动包括分布在整个磁层的超低频波动,以及内磁层中的极低频（ELF）和甚低频（VLF）波动,如嘶声波、合声波、磁声波和电磁离子回旋波等。这些波动的能量主要来源于太阳风与磁层之间的耦合过程产生的各种等离子体不稳定性（投掷角各向异性、粒子双峰分布等能够提供自由能）。磁层中的等离子体是无碰撞的,磁层中波动作为集体相互作用的媒介,深刻影响着磁层的动力学过程,因此具有重要的研究价值。这些波动可以通过波粒相互作用在粒子之间传输能量,影响粒子的相空间分布及其演化过程;也可以传播能量到磁层的各个区域,引起空间天气的变化。THEMIS,Van Allen Probes等卫星计划的实施,使得系统研究磁层中波动特性的全局分布成为可能,这种研究将有助于对我们更深入了解太阳风、磁层和电离层之间的耦合过程。第一章,我们首先简要介绍地球磁层结构和磁层中的绝热不变量,接着介绍磁层中常见的三种波动（超低频波动、合声波和嘶声波）的一般特征和研究现状,并提出本论文要解决的问题。第二章,基于THEMIS卫星数据观测,给出了磁尾区域超低频波动的统计特性。早期关于超低频波动特性分布的研究都集中在日侧和夜侧近地区域。虽然有不少观测和模拟研究报道了磁尾拉伸磁力线上超低频波动的特性,但是由于缺少相关的统计研究,超低频波动在拉伸磁场线上的分布和激发机制仍不清楚。我们利用2008年至2015年期间的THEMIS卫星的观测数据,对8 RE＜R＜32 RE的夜侧磁尾区域的Pc5-6超低频波（主要在拉伸的磁场线上）进行统计研究（R代表到地心的距离,RE代表地球半径）。本工作共统计了 1089个方位角方向振动事件和566个径向振动事件。统计结果显示,（1）在磁尾12 RE＜R＜32 RE的区域,方位角方向振动和径向振动事件均在午夜后发生的更频繁。（2）无论是方位角方向振动事件（8 RE＜R＜16 RE）还是径向振动事件（8 RE＜R＜14 RE）,其频率都随着与地球的径向距离增加而降低,这与场线共振理论是一致的。（3）在8-16 RE,大约52%的事件（包括方位角方向振动和径向振动事件）是驻波,而在16-32 RE只有2%的事件是驻波。（4）在8 RE＜R＜32 RE的事件中,超低频波动的频率分布没有明显的晨昏不对称性,这与前人发现的在内磁层（4 RE＜R＜9 RE）中频率有明显的晨昏不对称性形成对比。此外,我们还对超低频波参数和亚暴之间的关系进行了分析。我们发现,波动的频率在亚暴发生后比亚暴发生前要高,而且频率差异在磁尾午夜区域比在晨昏两侧更明显。第三章,通过分析一个晨侧等离子体羽状结构中的超低频波动事件,揭示了等离子体层羽状结构对超低频波动特性空间分布的影响,以及波动对结构中粒子的调制作用。等离子体层羽状结构的密度分布不均匀,存在各种边界,导致波动被束缚在这个区域,波粒相互作用特性也会在这个特殊区域内部和外部有所不同。2013年3月22日01:00-02:10 UT,THEMIS-E卫星在L=6附近的晨侧等离子体羽状结构内探测到一个局地的Pc4-5超低频（ULF）波动事件,该事件被确定为频率为磁力线二次谐频的极型模波动。我们发现在等离子体层羽状结构中,不同能量的带电粒子有着不同的周期性调制特征。首先,对于很宽能量范围内（～50 keV-1 MeV）的离子和电子,径向磁扰Br和粒子通量之间存在着反相变化关系;其次,能量在～2-6 keV的离子通量随能量发生了 180°的相位变化,此外,～2-6 keV和～50-75 keV的离子投掷角分布呈现出负斜率的色散,说明波动与这两个能量段的离子之间存在着漂移弹跳共振作用;最后,由于EXB效应,低能量（＜32 eV）的离子通量以两倍的磁场波动频率被调制。我们认为,等离子体羽状结构中的高等离子体密度使当地的极型模波动的特征频率降低,从而与共振离子的漂移弹跳频率相匹配,导致波动从这些粒子中获得能量并被激发。这就使得Pc4-5二次谐波的极型模波动发生在L值比预期低得多的位置。第四章,我们利用Van Allen Probes卫星数据统计研究了磁层中嘶声波和合声波波幅的时空变化尺度的全球分布。等离子体层嘶声波和等离子体层外的合声波是地球磁层中的两种重要等离子波,它们通过波粒相互作用在地球辐射带动力学中起着至关重要的作用。越来越多的证据表明,波动参数在时间和空间上的变化尺度是构建基于扩散过程的辐射带模型的重要因素。但至今为止,人们对各种波动特性的时空变化尺度了解却很少。在本研究中,我们使用Van Allen Probes A＆B在2012年11月至2019年7月的数据,分别统计分析了等离子体层嘶声波和合声波在时间和空间上的变化尺度。我们共发了现3,264个嘶声波和3,875个合声波事件,并分别针对嘶声波和合声波计算了 Van Allen Probes A＆B两点探测的波动幅度的相关系数。统计结果表明,随着两颗卫星时间和空间间隔的增加,嘶声波（合声波）波幅在时间和空间上的相关性都显著降低,嘶声波在空间和时间上的变化尺度约为1500千米和10分钟（合声波的变化尺度约为433千米和10秒）。我们还发现,嘶声波波幅在时间和空间上的相关性随L值的增加而减小,但是与地磁指数（AL*）或磁地方时（MLT）无关。而合声波在空间上的相关性在正午附近,或较低的地磁指数（AL*）时较高;在时间上的相关性统计上始终接近0,不受 L值、MLT和AL*指数的影响。此外,我们以相同的方式计算了密度在时间和空间上的相关性,并将其与嘶声波和合声波进行了比较。结果表明,嘶声波的变化尺度与密度有很好的关联,但合声波的变化尺度与密度无关。然而,辐射带模型的建立涉及到多种波动的变化,以及背景环境的变化。要最终完成辐射带模型的建立,除了嘶声波和合声波波幅的变化,我们还需要考虑更多输入参数的变化。在下一步的工作中,我们将继续研究扩散系数计算中其他输入参数（波动的法向角,磁场强度等）的变化尺度,以及磁层其它波动的变化。