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地球磁尾等离子体波动的激发机制与带电粒子加速、加热效应是空间物理的研究热点和重要研究课题之一。本文利用二维(2D)全球混合模拟方法研究了磁尾高速地向流相关的等离子体波动和粒子加速加热过程，获得如下成果: 1.近地磁尾高纬度动力学Alfvén波的激发机制研究 磁尾重联区能量向电离层传输的过程是磁层物理中的主要研究问题之一。磁暴期间，太阳风中大部分的能量输运到磁层中，该能量通过强电子束的输运过程最终储存在电离层，从而完成了太阳风能量向地球电离层的传输过程。而上述大部分电子极其有效的能化过程主要发生近地磁尾高纬度的电子加速区。极光电子加速一般认为是高纬度小尺度的动力学阿尔芬波所携带的平行电场加速引起的，且近地磁尾低纬度大尺度的阿尔芬波沿磁力线向高纬度传播的过程中极有可能通过一种或多种机制转化为小尺度的动力学阿尔芬波。我们利用二维的全球混合模拟程序研究了近地磁尾高纬度动力学Alfvén波的激发机制。我们的结果发现了晨昏电场Ey所引起的电场漂移的作用使得高速地向等离子体流在等离子体片附近形成，磁尾磁力线被拉伸导致等离子体片变薄。高速地向流在近地磁尾x～-10RE受强偶极场的作用逐渐减速并刹车，引起了磁通量的不断堆积，导致磁场偶极化的产生。在近地磁尾低纬度等离子体片区，高速地向离子流与背景等离子体相互作用激发了离子/离子不稳定性，激发了Alfvén波。随后Alfvén波沿磁力线向南北高纬度极尖区传播。由于磁尾中高纬度存在较大磁场和等离子体密度梯度，这些Alfvén波在传播的过程中波锋面逐渐变陡，此时Alfvén波通过相混合过程转换成小尺度的动力学Alfvén波，该波动的垂直波矢远大于其平行波矢，电场与磁场的比率与动力学Alfvén波的传播速度一致，且携带着平行磁场方向的电场。模拟结果证实了磁尾低纬度Alfvén波可能是高纬度动力学Alfvén波的源的猜想，为近地磁尾高纬度所观测到的动力学Alfvén波提出了一种可能的激发机制。 2.磁尾偶极化区域Alfvén波对离子的加热机制研究 近地磁尾偶极化区域存在大量的低频波动，且该区域内存在明显的离子加热现象以及离子温度各向异性分布，观测表明偶极化区域的低频波动与离子的相互作用所引起的加热现象是形成离子温度各向异性分布的主要机制。然而目前为止，磁场偶极化相关的阿尔文波与离子加热之间的相互作用仍然是一个有待研究的问题。本文我们采用二维混合模拟的方法对近地磁尾偶极化区域的离子加热机制进行了研究。我们发现了高速地向离子流在近地磁尾引起的磁通量堆积，导致了近地磁尾x～-10RE大尺度磁场偶极化产生。另外，高速地向离子流与背景等离子体相互作用激发了Alfvén波，随后产生的Alfvén波对离子进行散射加热，而加热主要体现在垂直磁场方向上，离子温度出现了各向异性分布。在离子加热的过程中，第一绝热不变量μ=mv2⊥/2B有着显著的变化，我们认为波粒相互作用对离子加热起到了重要的作用。诸多学者证实了在近地磁尾偶极化过程中磁场的不断堆积会导致离子的绝热Betatron加热，而加热主要沿着垂直磁场方向。但我们的模拟结果表明离子的绝热Betatron加热相对波粒相互作用来说贡献很小，非绝热的波粒相互作用是加热离子的主要机制，与快速太阳风中的离子加热机制是一致的。 3.近地磁尾偶极化区域电磁离子回旋波的激发机制研究 近地磁尾偶极化区域存在大量的电磁离子回旋波，理论研究表明了离子温度各向异性所引起的离子回旋不稳定性是激发电磁离子回旋波的主要机制。而目前为止在磁场偶极化期间，对近地磁尾离子温度各向异性的注入以及电磁离子回旋波的激发过程仍然不是很清楚。为了阐明上述过程，我们运用二维混合模型方法对近地磁尾偶极化区域电磁离子回旋(EMIC)波的激发机制进行了研究。模拟结果证实了地向离子流与背景等离子体相互作用，在近地磁尾偶极化区域激发了Alfvén波，同时离子束会被Alfvén波散射共振加热，且加热主要沿着垂直磁场方向，导致了离子温度各向异性分布的产生。通过对比研究证实，在我们的模拟中Alfvén波对离子的散射共振加热是引起偶极化区域离子温度各向异性的主要机制。近地磁场偶极化区域所产生的离子温度各向异性引起了离子回旋丕稳定性，产生了左旋偏振的EMIC波，并沿磁力线向南北高纬度传播。我们的模拟工作为近地磁尾所观测到的EMIC波提出了一种可能的激发机制。 4.近地磁尾电子加速机制的研究 早期近地磁尾电子加速机制是基于磁流体力学模拟的方法进行的研究。然而在研究近地磁尾电子加速机制的过程中，除了要考虑上述大尺度的结构外，小尺度的动力学效应也应该被考虑进来。因此我们运用二维全球混合模拟的电磁场对近地磁尾电子加速机制进行了研究。模拟结果表明了磁尾高能电子是多种加速机制共同加速的结果。能量为几keV的电子向地球运动的过程中，当穿越等离子体片时，电子可以通过绝热加热机制获得能量。而在近地磁尾区域，磁尾磁场偶极化区域压缩的磁场又可以导致电子的Betatron加速。此外，电子在磁镜点之间来回弹跳运动时，近地磁尾中高纬度的动力学Alfvén波所携带的平行电场也可以加速电子。这三种加速机制的共同作用可以把几keV的电子加速到百keV的能量。我们的研究结果表明了磁尾大尺度的结构与波粒相互作用在电子加速过程中都起到了重要的作用。在我们的模拟中，电子通过动力学Alfvén波的平行电场加速得到的能量达到总能量的百分之十左右，因此在研究磁尾电子加速的过程中波粒相互作用不可忽略。