极光是能在地球上极少数用肉眼观测到的空间天气现象,它是源于磁层粒子与大气碰撞的结果。随着太阳风/行星际磁场能量注入,磁层粒子在经历各种加速和重新分布后沉降至大气层,引发极光。极区是太阳风/磁层能量进入到地球空间的入口,而极光是太阳风与磁层相互作用以及磁层动力学过程在极区的体现。极光粒子能够为极区电离层注入能量,引发电离层高度中性大气的电离,增强极区电导率,并进一步引起极区焦耳加热,从而对电离层-热层耦合过程发挥重要作用。由于以往地面观测的局限性和原位粒子观测的时空覆盖不足,人们对极光现象及其主要的物理机制缺乏充分的研究,特别是对日侧极光的定量统计研究较为不足。极区日侧极光通常在有太阳光照的春秋季和夏季出现。日侧极光的观测主要来自卫星成像观测。日侧极光由于亮度较弱,在春秋季和夏季容易受到比它强的源于太阳辐射的气辉噪音（即日辉）的干扰。因此如何准确描述气辉的变化,从成像观测中获得更准确的日侧极光是极光研究的难点和热点。近年来随着航天技术和极光探测手段的发展,卫星上搭载的远紫外极光成像仪,如Polar卫星UVI成像仪和TIMED卫星的GUVI成像仪等,提供了大量的极光观测数据,为全球极光的研究提供了前所未有的机会。N2 LBH（Lyman-Birge-Hopfield band）波段是极光在远紫外波段的重要组成部分,可以被卫星上搭载的成像仪观测到。由于氧气对LBH长波段（LBHL,160-180nm）的极光吸收不明显且它也不经历多重散射,因此根据LBH长波段的极光强度可以得到极光沉降电子的能量通量。另外,根据LBH长波段和LBH短波段（LBHS,140-160 nm）的极光强度比值可以得到极光沉降电子的平均能量。本文围绕Polar卫星UVI成像仪观测到的氮气LBH波段极光数据展开研究,聚焦极光成像观测中气辉噪音的变化特征,建立相应的模型;获取比以往研究更准确的日侧极光,开展极光建模研究,并重点讨论午后极光的世界时变化以及对应的物理机制,主要研究内容如下:1.基于Polar/UVI成像仪极光观测数据,对极光图片中气辉噪音的变化进行统计分析,并建立了经验的气辉噪音模型。我们的分析表明气辉噪音（Dayglow）随着太阳天顶角（SZA）一般呈现一个类余弦函数变化（Dayglow=Amp × cos2Phi×SZA）),可以由幅度因子Amp和相位因子Phi决定。利用该函数关系,通过最小二乘法拟合极光图片中极光卵外侧的气辉噪音与太阳天顶角的关系,计算获取了 1996至2000年夏季期间Polar/UVI观测气辉噪音的幅度因子和相位因子。我们发现气辉噪音的幅度因子随着太阳活动指数增加而非线性增长,且具有明显的世界时变化。相位因子随着太阳活动指数的增加仅有微弱减小,且不随世界时变化,可看作常数。基于这些结果,建立了一个夏季气辉噪音初步模型。更进一步,在提取气辉噪音时不仅考虑了极光卵外侧的气辉,同时也考虑了极光卵内侧气辉的影响,在之前夏季气辉模型的基础上,分析气辉随季节的变化,发现对气辉进行拟合的余弦函数的幅度因子具有明显的半年和年变化特征。年变化主要依赖于太阳天顶角的变化,在北半球夏季和分点季节较大,在冬季较小,而半年变化与地磁活动以及大气成分的半年变化无关。基于上述气辉的变化特点,利用类似的方法建立了全年的气辉噪音模型。这为提取准确的日侧极光和极光现象季节变化的研究提供了一种有利的方法。2.利用Polar/UVI成像仪极光观测数据,定量提取和分析午后极光的世界时变化特征,并与AMPERE获取的场向电流等因素对比,探讨相关的物理机制。在地磁活动平静和春秋季条件下,应用我们的气辉模型去除气辉干扰,聚焦Polar/UVI 1997至2000年期间午后极光信息并分析其日变化特征。我们发现,午后极光在春秋季具有明显的世界时变化,其最大值大致出现在世界时17:00点至19:00点之间,而最小值出现在世界时01:00点至03:00点之间;午后极光强度与太阳天顶角成反比,与地磁偶极轴倾角、太阳辐射引起的电离层佩德森电导率以及1区上行场向电流强度成正比,而对太阳活动指数的依赖性较弱。午后极光的峰值强度可由太阳天顶角导致的电离层电导率变化以及1区上行场向电流的峰值强度贡献,另外大的地磁偶极轴倾角也有利于粒子沉降,引发极光。最后,我们对比分析了由电离层电导率半球间差异引起的半球间场向电流发生条件和极光强度,估计该半球间场向电流对午后极光的世界时变化影响较小。3.利用Polar/UVI成像仪1997至1999年极光观测数据,建立一个具有季节变化的极光能量通量模型。以往极光模型较少考虑极光的季节变化,特别是午后极光的季节变化。利用我们的气辉模型从Polar/UVI观测数据提取极光信息,并基于前人提出的Epstein函数对极光能量通量进行拟合,统计分析拟合参数的季节变化、磁地方时变化和地磁活动变化,并建立了相应的极光模型。与以往模型相比,该模型结果能更好地反映日侧极光的季节变化,预期可用于电离层-热层耦合模型中去,进行极光引起的电离层/热层效应等研究。本文的研究揭示了极区气辉噪音的变化特征,对从各种卫星成像观测中提取极光信息提供了良好的借鉴,并且对从极光成像观测中快速、准确获取极光信息具有重要意义,为全球极光特别是日侧极光现象的研究提供了有效的方法。另外,午后极光的世界时变化和极光建模研究,对极光引起电离层-热层响应的研究、极区电离层模型的改进、空间天气预报以及太阳风-磁层-电离层耦合过程的研究具有重要意义。