电离层中纬槽是亚极光带电离层的一个标志性结构,它不仅与当地电离层发生的各种物理过程有关,还受来自磁层的对流电场和地磁扰动等因素的影响。研究电离层中纬槽的形态学特征和动力学变化及其控制因素,对认识磁层-电离层耦合机制有重要科学意义,对中高纬电离层建模和预测也有潜在的应用价值。本文利用CHAMP卫星近十年(2000-2009年)的电子密度观测数据,统计分析了地理经度、季节、太阳活动以及行星际磁场和太阳风电场对中纬槽出现率的影响；通过典型事件分析和统计分析,研究了中纬槽的动力学特征以及地磁扰动和太阳风电场等因素对中纬槽运动的控制作用,并尝试建立了中纬槽动力学经验模型。此外,利用CRACE卫星信标TEC观测数据,开展了顶部电离层和较低等离子体层天基CT重建实验,根据重建结果,分析了2005年5月超强磁暴期间中纬槽位置、宽度、深度等形态学特征随高度的变化特征及磁暴的效应。论文的主要研究工作和结果归纳如下：1.利用CHAMP电子密度观测数据,对中纬槽出现率进行了统计分析,结果表明：(1)南北半球中纬槽出现率随磁地方时的分布形态基本一致,出现率最大值均发生在午夜后1-2小时内,但北半球出现率整体上高于南半球。(2)夜间21-05MLT时段,中纬槽出现率有以下特征：(a)南北半球中纬槽出现率随不变量磁纬的变化均接近正态分布,出现率峰值均位于不变量磁纬59°附近；(b)太阳活动高年及相邻年份(2000-2005年)中纬槽出现率明显高于太阳活动低年及相邻年份(2006-2009年)中纬槽出现率；(c)中纬槽出现率的季节效应因经度区域不同而存在显著差异,且存在半球不对称；(d)南北半球中纬槽出现率均随Kp指数增加而显著增加,但两个半球中纬槽出现率随Kp指数增加的速度不同；(e)IMF-Bz和(?)MF-By对中纬槽出现率的影响主要与它们的大小有关,中纬槽出现率随着Bz和By的量值增加而增大,而它们的方向对中纬槽出现率的影响不显著；(f)太阳风电场晨昏分量Ey对中纬槽出现率的影响与Ey的极性有关,Ey晨-昏向时,中纬槽出现率随着Ey的增加而增大,Ey昏-晨向时,中纬槽出现率基本不随Ey变化。2.通过典型事件分析和统计分析,研究了中纬槽的动力学特征以及地磁扰动和太阳风电场等因素对中纬槽运动的控制作用。结果表明：(1)地磁平静期中纬槽位置显著随地理经度变化,且南北半球不对称；(2)磁暴期间,中纬槽位置和SYM-H指数两者随时间的变化基本同步；(3)SYM-H指数变化与中纬槽位置变化显著相关,北半球和南北球相关系数分别达0.98和0.95；(4)太阳风电场晨昏分量Ey对中纬槽位置的影响主要与Ey的大小有关,随Ey量值增加,中纬槽向低纬方向移动,Ey的极性变化对中纬槽位置的影响不显著；(5)在统计分析的基础上,建立了中纬槽位置随地理经度和SYM-H指数变化的经验模型,经过验证表明,该模型可以较好的预测中纬槽位置。3.利用GRACE信标TEC观测数据,开展了顶部电离层至较低等离子体层天基CT重建实验,根据重建结果,分析了2005年5月超强磁暴期间中纬槽的位置、宽度、深度等形态学特征随高度的变化特征及磁暴的效应。主要结果如下：(1)研制了电离层和等离子体层天基CT反演软件,实现了中纬槽电子密度分布的CT重建；(2)磁暴期间中纬槽显著往赤道方向移动达14°,中纬槽宽度扩展达160,主相期间,中纬槽赤道侧宽度小于极侧宽度,初相和恢复相初期,中纬槽赤道侧宽度大于极侧宽度；(3)暴前和暴后平静期,随着高度上升,中纬槽缓慢向高纬移动,而在暴时,随着高度上升,中纬槽向低纬移动；在磁暴初相和主相期间,中纬槽耗空深度随高度上升呈增强的趋势,在恢复相,中纬槽耗空深度随着高度上升呈明显减小的趋势；(4)在相同时段和经度扇区,CT重建和DMSP卫星实地测量都得到具有双极小的中纬槽结构,两者的形态基本相同,表明天基CT能可靠地重建中纬槽电子密度分布图像。本论文的创新之处：1.统计分析揭示,太阳风电场晨昏分量Ey对中纬槽出现率和位置均有显著影响,中纬槽出现率的变化主要与Ey的极性有关,中纬槽位置的变化主要与Ey的大小有关。2.初步完成了中纬槽位置随地理经度和SYM-H指数变化的经验建模。3.研制了天基CT反演软件,实现了顶部电离层和等离子体层中纬槽电子密度分布的CT重建。