电磁离子回旋波(EMICwave)是一种重要的磁层等离子体波动,它可以将内磁层带电粒子快速沉降到大气层,使其与大气分子碰撞而损失,从而显著影响地球内磁层带电粒子通量的动态演化过程。EMIC波通过共振波粒相互作用,可以将外辐射带相对论电子散射到损失锥中;可以在磁暴期间与高能质子共振,造成环电流在磁暴期间的快速衰减;还可以造成中心等离子体片质子反常的能量-纬度沉降模式。本文旨在更加深入地研究EMIC波的全球分布统计规律、激发机制及其对磁层电子动力学的影响。首先,我们利用最新的卫星观测数据开展了 EMIC波的观测统计工作,分别研究了氢频段、氦频段和氢、氦频段同时被观测到的EMIC波的全球分布规律;然后,我们基于动理学线性理论详细研究了热等离子体环境下氢频段、氦频段和氧频段EMIC波动的激发过程,以及EMIC波线性增长率对背景等离子体参数的依赖性;最后,我们细致地研究了 EMIC波与磁层电子的弹跳共振相互作用及其对磁层电子动态演化过程的影响。本文主要的研究结论如下:1、本文基于VanAllenProbes卫星从2012年9月8日至2017年12月31日的EMFISIS数据,筛选出了 1009个氢频段EMIC波事件,1565个氦频段EMIC波事件以及182个氢、氦频段同时被观测到的EMIC波事件,并对这些事件分别进行了幅度与发生次数的全球分布统计研究。研究结果表明,幅度较小的EMIC波更容易被激发,幅度较大的EMIC波持续时间更长。随着AE*指数(前一个小时的AE平均值)的增加,EMIC波在午侧发生的事件数随之增多;随着太阳风动压或Dst效应的增强,其发生的事件数显著减少,这与极端天气情况不常发生有关。其中氢频段EMIC波大多发生在L=4-6处昏侧,而氦频段发生的事件数较氢频段更多,且广泛存在于L = 2.5-6的内磁层空间。在氢、氦频段同时被观测到的EMIC波事件中,氦频段波的幅值在L=3-6占主导地位;随着AE*指数的增加,氦频段EMIC波的幅值较氢频段有更为显著的增强。2、本文基于动理学线性理论对热等离子体条件下的EMIC波动增长率进行了参量性分析,包括分别引入氢氦氧三种热离子并考虑热离子的浓度、温度及温度各向异性等多个因素对EMIC波激发过程的影响。研究结果表明,热离子的引入不仅会影响各个频段EMIC波的线性增长过程,还会对EMIC波动色散关系的实部产生非常明显的修正。在某些等离子体环境下,EMIC波的频谱甚至可以出现在冷等离子体条件下的阻带内。另外,热氢离子浓度的增加,可以为EMIC波的激发提供更多的自由能量,从而提高氢、氦频段EMIC波在磁层中激发的可能性。与氢频段EMIC波的激发需要更大的环电流质子温度各向异性相比,氦频段EMIC波的线性增长与热氢离子的温度和背景等离子体密度有着更强的相关性;冷重离子浓度的增加,一方面会促进氧频段EMIC波的线性增长,另一方面会使得氢频段波由激发变为强阻尼。热氦离子和热氧离子的引入会分别对氢频段和氦频段EMIC波产生非常强的阻尼,从而抑制对应频段EMIC波的激发与增长。这种抑制效果也会随着热离子浓度、温度和温度各向异性的增大而越来越显著。3、本文细致地研究了EMIC波与磁层电子的弹跳共振相互作用机制。研究结果表明,氢、氦频段EMIC波可以通过弹跳共振过程对磁层电子产生有效的投掷角散射效应,从而将电子从接近90°赤道投掷角散射到低投掷角上。氢、氦频段EMIC波对磁层电子的弹跳共振作用具有很强的L-shell、赤道投掷角以及电子能量依赖性。氢频段EMIC波与磁层电子的弹跳共振作用可以在较宽的L-shell范围发生,且随着L-shell的增大,弹跳共振的最大共振阶数越低,对整体散射效应有贡献的弹跳共振阶数越少。随着赤道投掷角的增大,EMIC波对电子的弹跳共振散射效应越强。随着共振阶数的增加,更低能量的电子可以与EMIC波发生弹跳共振相互作用。氦频段EMIC波对L-shell、赤道投掷角、电子能量的依赖性与氢频段的情况类似,但氦频段能参与弹跳共振的阶数较少,且能发生弹跳共振的电子能量范围较窄。该研究表明,EMIC波除了能对辐射带相对论电子产生快速的回旋共振散射损失之外,它导致的弹跳共振散射效应也是地球辐射带和环电流中的中、低能电子重要损失机制之一。