地面静电场的观测是大气电学研究中很重要的一部分,在地面处对电场进行实时探测成为研究雷暴特征、原理的主要手段之一。通过雷暴地面电场的观测数据分析可以得到闪电的分形特征,加强对闪电物理特性的认识。多站组网可反演得到雷暴云强电荷中心的演变和分布信息参数。雷暴云电荷结构反演问题是复杂的非线性反演过程,设定的模型存在较多的假设与估计,计算结果受很多因素影响,算法的性能直接关系反演的精度。本文首先介绍了一种由实验团队研究开发的新型三维大气电场仪,分析得出电场方向和空中电荷的方位关系,得到空间电荷水平方位角和电场水平方位角相等,而电荷空间高度角与电场矢量高度角相差一个常数比值,实现了对雷暴云电荷的定向。在使用电场资料时为了解决环境因素对大气电场仪数据一致性的影响,进行了大气电场受环境影响研究,找出各种环境对大气电场的影响关系,根据不同的环境给出不同的修正具有实际意义。针对雷暴云电荷结构反演中涉及的问题,以如何提高反演拟合优度为出发点,将粒子群法和模拟退火等算法结合,在粒子群算法的基础上加入退火常数,提出了一种雷暴云电荷结构的混合反演算法。利用模拟退火算法的跳跃性,解决了单一粒子群算法全局寻优能力差的问题,使混合算法的局部开采能力和全局寻优能力得到平衡。结果显示该算法收敛效果良好,拟合优度更佳,同时也未过分的加大计算时间。基于我们提出的雷暴云电荷混合反演算法,利用江南地区一次雷暴过程引起的地面电场资料,对该过程中的雷暴云电荷结构进行反演,得到上正下负,底部少量正电荷的典型三极型电荷结构。证明了这种基于地面电场的雷暴云电荷结构混合反演算法对该地区雷暴云电荷结构反演的适应性。