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光、电同步观测是闪电通道发展特征研究的重要手段之一。本硕士论文利用在广州高建筑物雷电观测站(TOLOG)获取的高速摄像资料、普通摄像资料和电磁场资料,综合分析研究了自然地闪下行梯级先导的发展特征,主要包括下述3个方面:1、下行负极性先导的二维和三维发展特征及其与上行先导的连接行为:分析了能清晰展现下行梯级先导发展特征的7次闪电的高速摄像资料,得到了先导的二维发展特征,并发现了先导连接行为的多样性,同时结合双站光学(主站高速摄像、副站普通摄像)观测资料,分析得到了先导的三维发展特征,结果表明:(1)这7次闪电的梯级先导三维速度的范围在0.7×105至8.1×105 m/s之间(高度范围为159~1528 m),二维速度的范围在0.6×105至6.0×105 m/s之间,三维平均速度与二维平均速度的比值在1.2到1.6之间,平均值为1.4;(2)下行梯级先导与上行先导的连接行为呈现多样性:在7次个例中,2次为“头部-头部”连接,4次为下行梯级先导头部与上行先导侧面连接(头部-侧面)行为,1次拥有2个连接点,呈现出前两种连接行为的混合型。2、下行负极性先导的梯级发展特征:利用10,000帧/秒(fps)和50,000 fps的高速摄像资料,分析了一次近距离(350 m)的下行负极性梯级先导过程,研究发现:(1)电磁场波形上可分辨出多个可能由梯级过程导致的波形变化,它们波峰之间的时间间隔在13.9到23.9μs之间,平均值为17.4μs;(2)观测到了23个明亮的发光空间段(space stem/leader),其二维长度在1到13 m之间,平均长度为5 m;到先导头部的距离在1至8 m之间,平均距离为4 m;(3)根据现有的观测结果推测了闪电先导梯级的形成过程和三种可能的space stem/leader发展情形:(A)space stem/leader没有与先导通道连接;(B)space stem/leader与先导通道连接,随后消失或者间歇性(间隔几十微秒)微弱发光后消失;(C)space stem/leader与先导通道连接并形成后续发展的分叉,存在明亮光波沿通道向上传播的现象。3、下行正极性先导的发展特征:统计分析了4次下行正极性闪电先导的发展特征,发现下行正先导通道的二维速度随着先导头部距离地面越来越近大多呈现出加速趋势。在距离地面高度110~2150 m的范围内,先导二维速度在0.8×105 m/s到3.2×106 m/s之间,平均值为8.8×105 m/s。结合双站光学观测资料,三维重建了一次下行正极性先导的通道,在距离地面高度308~1588 m的范围内,其三维速度范围为2.8×106 m/s到8.4×106 m/s,平均值为4.4×106 m/s。另外,在该个例对应的光学资料中还发现其先导传播存在明显的梯级特征,梯级间隔在12.2至19.0μs之间,平均值为15.6μs。