先导重发光是正极性长空气间隙放电过程中常见的先导不连续发展现象。由于前人实验观测方式的时空分辨性能不足而严重地制约了先导重发光现象的深入研究,并导致已有的正极性长空气间隙先导放电模型中基本未考虑先导重发光现象。本文基于高时空分辨性能的长间隙放电同步观测平台,采用光学、电学、热学等实验观测手段和建模仿真相结合的方式,针对正极性长空气间隙放电过程中的先导重发光现象的特性及其物理机理开展了深入的研究。首先,通过搭建具有高灵敏度和高时空分辨性能的长空气间隙放电同步观测平台,开展了10 m棒-板间隙下、波前时间分别为1000μs和2500μs的正极性先导重发光现象的精细化观测。基于实验观测结果,分析了前人所定义的两类先导重发光现象和先导分叉现象在光学特征及电学特征上的差异,阐明了正极性先导重发光现象的光学特征和电学特征,并进一步发现正极性先导重发光时、先导通道的放电和发光从电极端部起始这一显著特征,在一定程度上弥补了前人在正极性先导重发光现象的光学及电学特征上认识的不足,为深入研究先导重发光现象的物理过程和机理提供了重要的实验数据。其次,针对先导重发光前的弛豫阶段中通道无任何放电及发光的特点,设计和构建了以高速定量纹影系统为核心的放电实验平台,并开展了间隙距离为140 cm、波前时间分别为160μs和210μs的正极性放电观测,获得了重发光前的弛豫阶段中先导通道热学形态的时空演化特性。观测结果表明:在弛豫阶段中,电极端部附近的先导通道I段的气体密度逐渐恢复至环境气体密度;当先导重发光时,电极端部又重新与通道相连,这进一步表明先导重发光时放电从电极端部开始。在波前时间为210μs的实验条件下,发现了先导通道在重发光前的弛豫阶段中的迁移和伸长现象;基于纹影图片,提出了采用三次样条函数法的Abel逆变换计算先导通道气体温度径向分布的流程,算例计算结果表明,先导通道的轴心温度最高,温度在径向上呈高斯分布,并随着弛豫时间的增加而下降。最后,基于先导重发光现象的光学、电学和热学观测结果,提出了正极性先导重发光现象的物理过程和机理,建立了先导重发光前弛豫阶段中先导通道时空演化过程的多物理场模型,并用实验观测结果验证了模型的有效性。基于所建立的多物理场模型,通过改变空间电荷分布、外加电压上升率、先导通道带电粒子密度分布以及通道初始温度等初始条件和参数,对先导通道在重发光前的时空演化特性进行了仿真分析,结果表明:先导通道I段的气体密度恢复长度与空间电荷区夹角、通道内正离子密度以及通道初始温度呈明显的负相关,先导头部的伸长量与外加电压上升率和通道正离子密度则呈明显的正相关;电极端部附近的先导通道I段的气体密度恢复长度以及先导头部的迁移和伸长均是由通道内离子迁移和中性气体热力学过程共同作用而导致。