电离层是近地空间环境的重要组成部分,对信息系统的无线电波传播会产生重要的影响。由于受到来自太阳与地磁活动、高层大气乃至近地面低层大气的多种因素的驱动,电离层中会出现各种不规则结构,扩展F是电离层中最常见的一种不规则结构之一,其时空变化可导致复杂的无线电传播效应,进而影响无线电系统的性能,一直以来是研究电波环境和电离层空间天气的热点问题。为了加深对我国中低纬地区电离层扩展F发生变化规律的认识,提升我国电离层空间天气精细化建模、预报和电波传播应用的能力,本文利用中国和日本部分台站的电离层观测数据,系统分析了在不同的太阳和地磁活动条件下中低纬地区电离层扩展F发生概率的区域统计特征,研究了扩展F与电离层F2层临界频率(foF2)、F层虚高(h’F)、偶发E层(Es层)和电离层闪烁效应的相关性以及中低纬地区扩展F发生概率的预测方法。本文取得的主要研究成果如下:1、基于我国和日本中低纬地区共12个台站多年的电离层垂测数据,深入分析和研究了中低纬地区电离层频率扩展F和距离扩展F的时空变化特征。研究结果表明扩展F发生概率的经向变化比纬向变化明显,同时在35°N~45°N纬度沿海及海洋区域扩展F的发生概率高于内陆地区。这些研究成果深化了对我国中低纬地区电离层扩展F发生规律及其区域变化特征的认识。2、利用海口、广州、北京、长春站的电离层垂测数据,开展了扩展F与电离层F层背景参数中foF2、h’F的相关性研究。研究获得了四个站点控制频率扩展F发生的foF2的阈值和距离扩展F发生概率随h’F的变化特征。结果表明,foF2的阈值随着纬度的升高而减小。距离扩展F发生概率随h’F的升高而增大,在240~290km处发生概率最高,随着h’F的进一步增高发生概率逐渐减小。发现频率扩展F与foF2满足线性关系,而距离扩展F与h’F满足二次曲线关系,并且给出了拟合曲线的表达式。这些结果深化了对扩展F与电离层F层背景参数的内在联系的认识。3、利用多台站的电离层垂测和闪烁数据,分析了扩展F与电离层闪烁以及偶发E层的相关性。发现距离扩展F与闪烁现象的相关系数高达0.7~0.9,且相关系数随着纬度的升高而减小。同时扩展F的发生概率随着foEs和fbEs差值的减小而增大,发现扩展F的发生概率与foEs和fbEs差值满足三次曲线关系并且给出了拟合曲线的表达式。这些结果拓展了对扩展F与其他不规则体现象相关性的认识。4、基于太阳和地磁活动指数、foF2、h’F等参数和神经网络算法,提出了一种新的扩展F发生概率的预测方法。该方法较国际已有的预测方法增加了foF2和h’F作为预测模型的输入参数。与已有预测方法的对比结果显示,该模型的预测精度比已有预测模型的平均均方差提高了约7%,并且该模型可更好的用于我国区域扩展F发生概率的预测。