磁重联被认为是空间及实验室等离子体环境中,能快速有效地将磁能转换成等离子体动能及热能的能量转换机制之一。该机制能成功解释自然界中的许多爆发性现象,如太阳耀斑、地球磁层亚暴等。在许多空间和实验室等离子体中通常可以认为等离子体是无碰撞的,这样经典碰撞电阻模型无法提供磁重联所必须的快速耗散机制。二十多年前,通过全粒子PIC模拟研究发现磁重联过程的耗散机制是由电子压力张量的非对角项提供的。但是,电子压力张量的非对角项是不能用简单的物理模型来描述,这样导致它无法应用于磁流体模型中研究大尺度的磁场重联过程。本博士论文提出了简单的有效电阻模型,与全粒子PIC模拟进行比较并成功地解释各种环境中的观测现象。本论文首先详细介绍了我们自主开发的全粒子PIC模拟程序,文中详细介绍了我们所使用的程序框架及场方程、粒子推动等具体算法,并给出了与他人PIC模拟结果的基准比对。然后提出无碰撞磁重联中重联区附近有效电阻的理论模型并与PIC模拟结果进行了比较。在磁重联过程中,在重联区附近磁场的弯曲将会对带电粒子造成自散射效应,该效应非常类似于经典库仑碰撞效应并会极大地改变该区域的耗散性质导致快速重联发生。通过研究带电粒子在磁重联区附近运动特征,导出了无碰撞等离子体环境中有效电阻的表达式。该表达式可以通过少量的环境参数来自适应地得到各磁重联阶段环境下的有效电阻值。我们的理论结果与PIC模拟得到的数值结果符合得非常好,在趋势上及具体数值上都有很好的拟合度。我们进一步导出了导向场下磁重联环境中的有效电阻表达式。该理论与PIC数值计算得到的结果符合得非常好,且在导向场强度归为零时能自动回归到反向平行磁重联中的有效电阻表达式。作为验证和应用,我们首先将以上两个理论结果分别代入到Hall MHD程序中,发现改良后的程序结果与PIC的模拟结果变得更加一致,且重联点处的重联电场在数值上不再需要像以前一样依靠数值耗散来错误地得到,只依靠重联点本身有效电阻带来的耗散便能得到该处的重联电场。该理论模型使得利用MHD程序来研究无碰撞磁重联变得更加合理。另外,利用该理论预测得到的结果与实验及观测数据进行的比对分析也相应地列出文中,可以看到理论与实际数据拥有很好的一致性。