不稳定性和等离子体波动是空间物理和实验室等离子体物理中最重要的研究课题之一,也是现在的研究的难点和热点话题。本文利用卫星观测和二维粒子模拟,对电子相空间空洞(电子空洞)的电磁结构,爆发性高速流中质子温度各向异性驱动的不稳定性和偶极化锋面后的电子加速进行了研究,得到了以下结果。1.电子相空间空洞的垂直电场结构我们使用二维静电粒子模拟程序对电子空洞在不同等离子体参数下的演化进行了研究。我们发现电子空洞的演化由切向不稳定性和背景磁场的致稳效应的共同作用主导。在弱磁化等离子体中(Q。＜＜ωpe,Ωe是电子回旋频率而ωpe是电子等离子体频率),电子空洞的演化主要由切向不稳定性主导。伴随着电子空洞的扭曲,垂直电场可以形成双极结构。这种结构只能持续几十个电子等离子体周期。随着背景磁场的增加,电子空洞会更加稳定,演化也会更慢,垂直电场的双极结构也会最终演化成单极结构。在强磁化等离子体中(Qe＞＞ωpe),这种单极结构的垂直电场可以存在数千个电子等离子体周期。垂直电场也会影响穿越电子空洞的通行电子的轨迹,从而导致在电子空洞外面区域在垂直背景磁场方向上会产生电荷密度的扰动。如果初始的电子空洞幅度足够强时,电子空洞外面的区域就会因电荷密度的扰动产生条纹状的垂直电场。这种条纹结构会和电子空洞相互作用激发静电哨声波。2.电子空洞中扰动磁场结构的演化我们使用二维电磁粒子模拟程序对在(x,y)平面内的电子空洞的扰动磁场结构进行研究。在模拟中,背景磁场沿着x方向。捕获电子会在电子空洞的垂直电场Ey的作用下沿着z方向做漂移运动并产生漂移电流,这个漂移电流会激发平面内的扰动磁场。同时,电子空洞沿着x方向的运动会让我们在静止坐标系内观测到一个z方向的磁场扰动。在弱磁化等离子体中(Ωe＜＜ωpe)中,由于切向不稳定性很强,这会导致电子空洞和扰动磁场结构很快消散。当Ωe和ωpe大小相当时,δBx和δBz具有单级结构,δBy具有双极结构。在强磁化等离子体中(Ωe＞＞ωpe),系统会产生条纹状的静电哨声波。与之相关的δBx和δBz也是条纹结构。3.磁尾等离子体片中爆发性高速流中质子温度各向异性的演化我们利用THEMIS卫星的观测结果研究了爆发性高速流中的质子温度各向异性的演化。利用10个至少被3颗卫星在磁尾不同位置观测到的爆发性高速流事件,我们可以研究地球磁尾的动力学过程。在宁静等离子体片中几乎没有温度各向异性。然而,卫星观测到爆发性高速流中存在很强的温度各向异性。我们将卫星观测结果和线性理论的预测相比,发现观测数据分布的边界和不稳定性的阈值相吻合：当T⊥/T(?)＜1,对应的不稳定性是平行和倾斜传播的火舌不稳定性；T⊥/T(?)＞1,对应的是质子回旋不稳定性和磁镜不稳定性。我们发现随着爆发性高速流流向地球,其质子的温度各向异性会减弱。而在不稳定性阈值附近会出现强的磁场涨落,这暗示着是这些不稳定性在减弱质子温度各向异性。4.磁尾偶极化锋面后的电子加速我们利用THEMIS卫星在磁尾-25RE到-10RE观测到的偶极化锋面后的超热电子能通量(＞30keV)来研究电子加速机制。通过对2008和2009年这两年一月到4月的观测到的133个偶极化锋面事件的分析,我们发现在偶极化锋面的传播过程中,锋面后的电子可以被持续加速几个RE,超热电子的能通量甚至可以增加2-4个量级。加速电子的主导机制在中磁尾(XGSM≤-15RE)和近地区域(-15＜XGSM≤-10RE)是不同的。在中磁尾主要是betatron加速,而在近地区域,在大约46%的偶极化锋面事件中是betatron加速,39%的事件中是费米加速。