正极性先导不连续发展现象广泛存在于自然雷电和实验室长空气间隙放电中,在不同时空尺度下呈现出不同的光学、电学特征。目前不同时空尺度下正极性先导不连续发展现象还缺乏统一描述,其特性规律尚不明确,影响因素和物理机理还有待研究。因此,针对正极性先导不连续发展现象,在自然雷电和长空气间隙先导放电多个时空尺度下开展了系统的实验研究与理论分析。首先,在日本北陆地区开展自然雷电观测实验,对起始于风力发电机和避雷塔尖端的上行正极性雷电先导发展过程开展实验研究。基于通道发光和伸长特性,将上行正极性雷电先导的步进式发展分为“缓变型”和“瞬变型”两种发展模式。以上行雷电先导的步进式发展过程和6 m空气间隙放电中先导重发展过程为研究对象,通过分析二者产生条件、宏观特性和重要物理参数的相似性,指出它们应该具有相同的物理机制。然后,搭建具有ns级时间分辨率、mm级空间分辨率的多物理量同步观测平台,包括:高灵敏度的高速纹影成像系统;超高速PMT（Photomultiplier Tube,光电倍增管）阵列系统;高动态范围电流测量系统。基于高性能观测平台,实现了对1.4 m空气间隙中先导放电全过程的精细化实验观测。获得了暗区内先导通道的光学、热力学特性,提出了暗区内放电通道的“芯-壳”结构,推测暗区内通道头部产生的微弱电晕放电可能是驱动残余通道演化的动力来源。明确了先导重发展过程中电离波从残余先导通道头部起始、双向传播和反射的复杂过程,测得电离波传播速度约为10~5～10~6m/s。基于上述实验观测结果,给出了正极性先导不连续发展现象中重要物理过程的详细描述。最后,通过对实验数据进行统计分析,结合对文献的梳理,提出了正极性先导不连续发展的临界外施电压变化率Vr=3 k V/μs。从能量角度出发,建立了先导头部流注茎向初始先导转化的一维热力学模型,分析了脉冲电流注入下先导通道的转化时间和暗区内通道温度演化过程,明确了不同时空尺度下正极性先导不连续发展宏观现象存在差异的原因。基于对正极性先导不连续发展物理机理的研究,讨论了提高电力系统雷电防护与优化外绝缘设计的措施。