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自然界中绝大多数闪电都是从雷暴云中起始,闪电发展和传输的初始阶段也是在雷暴云内完成,此外,云对地闪电的继后回击、不同类型回击间放电过程等均由云内放电所激发或启动的,因此,认识闪电云内放电过程对于深入理解闪电的发生条件、形成机理和传输机制等具有至关重要的意义。由于受到云体遮挡、探测距离等因素的影响,对闪电云内放电过程进行直接光学测量难度较大。相比于甚高频闪电定位技术,低频信号的闪电辐射源三维定位技术具有抗干扰能力强、探测范围大、脉冲极性可识别等优点,可以有效弥补光学探测手段和甚高频定位技术的不足,目前已成为云内放电研究的主要手段之一。本文基于中科院山东人工引雷基地,建立了低频辐射源三维闪电定位网,自主设计了采集系统,通过提出的Chan与基于Tent映射多尺度变异粒子的双群粒子群（Double Particle Swarm Optimization,DPSO）相结合的定位算法,实现了闪电云内放电的高精度三维成像。利用采集的闪电三维定位数据和人工触发闪电同步观测资料,对人工引雷对地放电脉冲的云内过程,自然闪电初始放电过程和具有不规则辐射特征的先导过程的发展特征与物理机制进行了研究分析。主要内容和结论如下:采用闪电双时基数据采集模式（ABA）,实现了单通道大幅值闪电信号的高采样率触发采集和完整信号的低采样率连续采集,既保证了闪电数据的获取效率、也兼顾了数据的完整性。通过设置FIFO缓冲区、设计数据采集实时监控软件和双时间戳技术,使所建立的闪电探测定位网各测站数据采集系统具有较高的稳定性和可靠性。提出了Chan与基于Tent混沌映射的多尺度变异粒子的双群PSO结合的定位算法（Chan-DPSO）。分析了Levenberg-Marquarelt（LM）算法对不同精度初始值优化拟合效果的影响,将Chan和DPSO结合,解决了拟合过程的“早熟”及优化结果对初始解精度依赖等问题,提高了闪电三维定位效率和精度。通过模拟仿真实验将Chan-DPSO和Chan-LM算法进行对比,当各测站的时间误差超过1.6μs时,Chan-DPSO具有更高的定位精度。利用蒙特卡罗仿真实验,得到闪电三维定位网观测站密集区水平和垂直方向的误差均小于200m,闪电定位网西北方向区域的水平定位精度优于东北方向区域。研究了闪电信号和定位数据的处理方法,实现了低频辐射源闪电三维高精度成像。采用噪声脉冲识别的信号处理方法,将不能被滤波器滤除的干扰波形剔除,获得准确闪电脉冲。设置卡方阈值,对比卡方筛选定位结果,实现了闪电初始放电过程、K过程、梯级、直窜先导等云内放电过程的高精度三维成像。通过人工触发闪电“引流杆”位置对闪电定位数据精度进行评测,得到平均水平误差为104.9m。利用DBSCAN聚类算法,对闪电辐射源聚类并进行三维拟合,拟合曲线可以表征闪电通道蜿蜒发展的特征,提升了闪电速度计算的精度,此外,还获得了闪电不同发展阶段各分支的传输速度及演变。利用2005-2017年人工引雷通道底部电流观测结果,研究人工引雷对地脉冲放电特征,得到回击,初始连续电流脉冲,M分量的峰值电流、上升沿、转移电荷以及半峰宽度的几何平均值分别为11.9kA、0.19kA、0.4kA;0.71μs、462.8μs、207μs;0.89C、0.36C、0.19C;14μs、845μs、267μs。利用闪电辐射源定位确定了M分量的三类云内放电过程,其中一种罕见的M分量是回击上行波短暂中断,之后通道中的残余电荷被重新激活形成的;观测到云对地混合通道放电的云内过程内,云内混合放电会影响回击脉冲的电流波形,影响的因素是混合放电的持续时间以及混合放电通道的电流强度。通过低频辐射源闪电三维定位数据,研究了闪电初始放电过程,分别得到上行初始先导（Upward Initial Leader,UIL）,下行初始先导（Downward Initial Leader,DIL）的三维速度为:9.8×104-1.4×106 m/s和1.1×105-1.2×106 m/s,均值为:4.2×105 m/s和5.4×105m/s,扰率平均值为:1.1×10-3和9.7×10-4,曲率平均值为:2.2×10-3和2×10-3。发现UIL发展的“蜿蜒”程度要大于DIL。研究了闪电初始先导分叉发展特征,采用初始放电脉冲的幅值与上升沿之比,有效的将初始先导主要发展方向相关的辐射源和其他辐射源进行区分,发现初始先导主通道、分支通道以及针状先导的发展步长均约200 m;初始先导发展开始或中间阶段,可能会出现分叉现象。研究了具有不规则辐射特征的先导发展过程,引入样本熵量化先导电场的不规则度,根据样本熵特征,将具有不规则辐射特征的先导分为三类:先导发展后期熵增大或减小,发展中期熵稳定。结合低频辐射源闪电三维定位将先导辐射信号的不规则度变化与先导发展特征进行联系,发现先导的分叉发展会增加其辐射信号的不规则度,先导通道的电离程度也是影响先导辐射信号不规则度的重要因素。