雷电是一种重要的自然灾害,对人们生命和财产安全造成了极大威胁。随着科技的发展和微电子器件的广泛应用,对雷电防护的要求越来越高,对闪电微秒和亚微秒时间尺度的物理过程及机制的深入了解和认识也提出了很高的要求。本论文利用高速摄像、通道底部电流传感器和快慢天线闪电电场变化仪等设备对山东人工触发闪电进行了光学、电流及电场特征的同步观测;利用观测资料对闪电的重要放电过程一梯级先导、回击和M-分量等的物理特征和发展过程进行了分析,探讨了回击电流波形的次峰现象及其产生机制;基于观测结果对闪电放电过程的电场辐射特征进行了理论模拟研究;并结合电场观测对通道底部电流特征进行了反演计算,主要结果如下:　　 (1)一次人工触发闪电上行正先导的二维平均发展速度呈现出明显的不规则性,平均为9.8×104 m/s,局部速度在3.8×104 m/s到1.4×105 m/s之间变化,随高度(或时间)增加呈现增加的趋势;梯级间隔变化范围是14μs到39μs,几何平均值为25.1μs,梯级长度变化范围为0.9 m-3.7 m。先导发展过程中其头部前端有一击穿区,类似于负梯级先导的发展过程,说明正、负先导的梯级形成机制可能类似。　　 (2)结合已有研究结果和类梯级先导过程的通道底部电流观测结果,建立了类梯级先导的电流传输模型;基于该模型,模拟研究了先导梯级电场及其随距离的变化规律,并利用单站电场对先导梯级通道底部电流进行了反演计算。电场模拟、电流反演结果均与实测结果吻合较好,表明建立的类梯级先导的电流传输模型具有一定的合理性。　　 (3)对一次人工触发闪电中共31个明显脉冲进行了电流、电场和相对光强的统计分析,根据脉冲特征参数,将所有脉冲分为四类。对M-分量的统计发现,其幅值、半宽度和上升时间明显不同于其他研究工作者的统计结果,原因是该次闪电包含了六个超过3 kA的大幅值M-分量。该触发闪电具有一些不同于其他触发闪电的特征,分析认为可能是由于通道上部出现了分叉,同时发现回击发生前不一定整个通道中的电流都要截止,仅一部分通道中电流截止也是可以的。　　 (4)山东人工触发闪电实验中发现回击电流具有次峰现象,23个触发闪电中有两次闪电包含有6个具有次峰的回击电流波形和一个具有次峰的RM波形。回击电流的次峰幅值变化从5.4 kA到15.86 kA,峰值间隔从6.3μs到12.0μs。使用Heidler函数模型对具有次峰的回击波形进行了模拟,基于模拟结果和波形特征对比分析,提出了四种产生电流次峰的可能原因。　　 (5)基于TL和MTLL两种回击电流工程模型,提出了一种改进的组合回击模型,使用该模型对回击通道近距离电场进行了数值模拟,并进一步提出了一种利用单站电场对通道底部电流波形进行反演的优化算法,电场模拟和电流反演结果均与实测数据吻合较好。