哨声波是地球内磁层中广泛存在、十分重要的电磁波动。哨声波在磁层高密度区域如等离子体层一般呈现为非相干的嘶声波,而在等离子体层顶外常呈现为相干的合声波。合声波通常是由分立的单元组成,单个合声波单元常呈现上升调或下降调结构。哨声波是辐射带中高能电子通量增加的主要贡献者,它能够通过局地随机加速,在几小时到一天时间内将大量百keV的能量电子加速到相对论电子,在辐射带电子动力学演化中起着至关重要的作用。人们通过卫星观测、数值模拟等手段对其进行了大量的研究。本文通过粒子模拟方法,研究了哨声波在磁层中的一些非线性物理过程,包括哨声波的参量衰变,上升调合声波的激发和演化,等离子体参数对上升调合声波主要特征的影响。本文的主要结论如下:1.哨声波的参量衰变利用一维和二维的粒子模拟方法,我们研究了均匀背景磁场条件下哨声波的参量衰变。通过一维粒子模拟,我们发现:平行哨声波能够发生参量衰变,衰变出一支反向哨声波子波和一支正向离子声波;哨声波频率和振幅越大,参量衰变越强;衰变出的哨声波子波足够强时也能发生参量衰变。通过二维粒子模拟,我们发现:平行哨声波和斜哨声波都能发生参量衰变;初期都会衰变出一支反向哨声波和一支正向离子声波;之后都会衰变出一群平行波数几乎相同而垂直波数不同的哨声波子波和一群形式类似的离子声波;衰变出的子波中有很斜的哨声波,而产生的离子声波能够通过朗道共振加速一部分离子;更大频率或振幅的哨声波倾向于发生更强的参量衰变,而衰变出的哨声波子波足够强时也能发生类似的参量衰变。2.热电子参数对上升调合声波特征的影响利用一维粒子模拟方法,并在模拟中用磁镜场近似内磁层背景场,我们研究了内磁层中热电子数密度和温度各向异性对激发的上升调合声波主要特征的影响。模拟发现,随着热电子数密度的增加,上升调合声波的饱和振幅、持续时间和频率范围逐渐增大,但扫频率先增加后饱和。随着热电子温度各向异性的增加,上升调合声波的扫频率逐渐增大,而持续时间逐渐变短。但热电子数密度和温度各向异性太大或太小时,没有出现清晰的上升调合声波。另外,上升调合声波从磁赤道附近向极区传播的过程中,频率范围几乎保持不变,但持续时间和扫频率会出现一定幅度的变化,可能是由传播中上升调合声波的色散所引起。3.磁镜场条件下上升调合声波的激发和演化我们利用二维一般曲线粒子模拟程序,研究了磁镜场条件下上升调合声波的激发和演化。模拟结果显示,哨声波由温度各向异性的热电子在磁赤道区域激发,之后向两极传播,在传播过程中逐渐发展和增强。部分哨声波在磁赤道附近能够形成上升调合声波。通过分析波动的坡印廷矢量和法向角,我们发现,上升调合声波几乎沿着磁力线传播,沿着直的磁力线传播法向角变化很小,而沿着弯曲磁力线传播法向角逐渐增大。另外,沿着弯曲程度更大的磁力线形成的上升调合声波,其扫频率也倾向于更小。模拟结果说明背景磁场位形对上升调合声波的产生和传播有着明显的影响。4.偶极场条件下上升调合声波的激发和演化利用二维一般曲线粒子模拟程序,我们还研究了地球偶极场条件下上升调合声波的激发和演化。模拟结果表明,哨声波主要在磁赤道区域由温度各向异性的热电子激发。通过对波动坡印廷矢量的分析,我们发现哨声波源区主要分布在磁纬度|λ|<3°的区域。部分哨声波在磁赤道附近能够形成上升调合声波。上升调合声波在地球偶极场中几乎沿着背景磁场传播,传播过程中法向角随着磁纬度的增加逐渐增大。在高纬地区,上升调合声波变得很斜,法向角能达到50°以上。从磁赤道附近向高纬地区传播的过程中,上升调合声波的振幅先逐渐增大之后逐渐衰减,在磁纬度λ≈10°处达到最大值。上升调合声波在高纬区域的衰减可能是变斜后受到了更强的朗道阻尼。