在磁暴期间,等离子体层外部的冷等离子体随磁层对流驱动而剥离,逐渐向向阳面磁层运动,形成等离子体层羽状结构(Plume)。羽状结构的形成和演化对地球电离层造成直接影响,常形成大尺度不均匀体贯穿电离层低纬至高纬众多区域,对人类的通信、导航、航天器等产生了很大影响。本文利用全球分布的GPS地面接收机获取的电离层总电子含量(Total Electron Content, TEC)数据实现了对磁层等离子体的空间和时间演化进行长时间连续的观测和统计分析。为开展上述观测和统计分析工作,本文首先从全球分布的GPS TEC数据中取出北半球磁正午(MLT=12)从地磁纬度20到90范围的连续观测数据,并将该数据沿地球磁场T96模型计算的磁力线投影到磁赤道面,进而获取以时间为横轴、以地心距离为纵轴和以颜色代表等离子体密度的二维时序伪彩图。该伪彩图及相应的数据,便可用于研究磁层等离子体的相应特征。具体研究内容如下:首先分别选取有磁暴和非磁暴的一天投影数据开展深入分析,并通过磁层RBSP卫星和Cluster卫星的实地协同观测,证实了本文所提出的投影方法是有效和可靠的。结果表明:在磁暴期间,GPS TEC数据展示了电离层出现了明显的暴时密度增强结构(StormEnhanced Density,SED),该结构从北美洲中纬逐渐向高纬演化。因而,这里的投影数据中也出现了明显高密度等离子体羽状结构从等离子体层剥离后向阳运动逐渐抵达日侧磁层顶附近。在非磁暴期间,磁层中也出现了密度增强结构,但相对磁暴期间分布较为均匀,这种分布可能与等离子体层风(plasmaspheric wind)或热等离子体斗篷(warm plasma cloak)现象有关。最后利用上述方法获取的长时间连续的GPS TEC投影数据,统计分析了等离子体层羽状结构出现的月变化、年变化以及气候学特征。统计结果表明,等离子体层羽状结构的出现具有明显的月变化、季节变化和年变化特征。一般均出现在下午到傍晚时分,在磁暴初始相期间最为明显。而一年中3-5月和10-12月这种结构最为明显,且密度较大,同时,该结构主要出现在太阳活动高年,且密度随着太阳活动的增强而增大。在此基础上,进一步分析了羽状结构的出现与太阳风参数及太阳风-磁层能量耦合函数之间的关系,结果发现羽状结构的密度变化随着Kan-Lee电场、ε参数、太阳风动压、AE指数的增加以及行星际磁场Bz分量的减小而增大。