极区上空等离子体研究对理解太阳风-磁层-电离层耦合过程有着重要的科学意义，同时对于空间天气预报模型的建立也具有重要的应用价值。国内外学者对极区上空的电离层上行离子已经有较多的研究，对于电离层上行电子，虽然已有观测，但由于无法简单确定其来源于太阳风还是电离层，因此研究并不多。对于极区下行电子的研究主要集中在产生极光的沉降电子方面。大量卫星观测表明极区的场向电子是普遍存在的现象，在极区带电粒子动力学过程中起着重要的作用。目前对于极区场向电子的时空分布、时空尺度、与地磁活动的关系、以及对太阳活动和行星际条件的响应还没有深入的研究。本文利用Cluster多颗卫星在极区上空的观测数据，分析研究了极区上空场向电子的特性。　　(1)极尖区场向电子扰动事件特性根据Cluster四颗卫星2001年9月30日在极尖区的观测数据，分析研究了四颗卫星在穿越极尖区期间观测到的场向电子扰动事件。结果表明:Cluster四颗卫星当日都在极尖区观测到了很强的场向电子扰动事件，C3观测到的下行电子通量密度高达2×109(cm2· s)-1，上行电子通量密度高达4.5×109(cm2·s)-1;本次场向电子扰动事件的时间尺度至少为50分钟，其沿着Cluster卫星运行方向上的空间尺度约为540 km，在地方时方向的时空尺度至少为1800km。这是目前所有卫星观测到的空间尺度和时间尺度最大的一次场向电子扰动事件。分析研究结果还表明在本次事件中场向电子是场向电流的主要载体之一。对本次事件的形成机制分析认为:该场向电子扰动事件是由持续南向的行星际磁场和太阳风动压的增大引起的，并且下行电子主要来源于太阳风和电离层上行电子在电位降作用下的反射，上行电子主要源于电离层和下行的太阳风电子在磁镜点的反射。　　(2)极区场向电子事件统计特性利用Cluster卫星2003-2004年在极区上空的电子和磁场观测数据，分析研究了场向电子事件的统计特性。结果认为:场向电子事件在极区普遍存在，主要发生在极尖区，其次是极光带区和极盖区，在极风区也有场向电子事件存在;场向电子事件的持续时间为6～475秒，约90％的事件持续时间小于50秒。上下行电子事件的通量密度分布基本相同，60％以上的场向电子通量密度在3×108～1×109(cm2·s)-1的范围。场向电子事件数的磁地方时分布有三个峰:分别为极尖区(09:00-15:00MLT)、午夜前(19:00-22:00MLT)和午夜后(00:00-02:00MLT)，其不变量纬度分布主要为65-80°ILAT。南半球观测到的场向电子事件的高度范围为4.5-7RE，其中下行电子事件较多，而北半球观测到的场向电子事件的高度范围为4-5.5RE，其中上行电子事件较多。这进一步表明下行电子主要来自太阳风，上行电子主要来自电离层。统计结果还得到场向电子事件较多发生在分点，即春分点和秋分点。　　(3)极区场向电子事件对磁暴的响应根据Cluster卫星2001年9月22日-10月6日大磁暴期间的观测数据，分析研究了卫星在极区观测到的场向电子事件对磁暴的响应。结果认为:磁暴期间在极区观测到的场向电子密度、速度和通量密度比非磁暴期间要大至少一个量级;场向电子事件持续时间为6秒到54秒，最可几值为10秒;场向电子的最大密度和最大场向通量密度与Dst值没有显著的相关关系，但与Dst的变化率显著相关，上/下行场向电子最大密度与Dst变化率的相关系数为0.81，上行电子最大通量密度与Dst变化率的相关系数为0.56，下行电子最大通量密度与Dst变化率的相关系数为0.85;进一步分析得到Dst变化率与下行电子有更加显著的相关关系。　　(4)极区场向电子扰动对行星际条件的响应利用Cluster卫星2003-2004年在极区的电子和磁场观测数据，分析研究了场向电子事件对行星际条件的响应特性。结果表明:持续时间较长和通量密度较大的场向电子事件主要发生在IMF和太阳风动压较小的条件下;随着IMF和太阳风动压的增大，持续时间越短，通量密度越小，发生率越大。IMF By分量为负时观测到的场向电子事件数目要比IMF By为正时多，这说明晨向IMF更利于产生场向电子事件。晨向IMF会影响短时场向电子事件的磁地方时偏向晨侧分布，但是IMF By方向对长时的场向电子事件的磁地方时分布没有明显的影响。