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通常地闪的闪电先导通道是从雷暴云向地面发展，被称为下行地闪。上行闪电则是雷暴条件下从高塔或高建筑始发上行先导向雷暴云内发展的一种特殊的地闪放电形式。随着社会经济的发展、城市化进程的加速以及清洁能源的开发利用，城市高建筑物、通讯塔和风力发电风车等不断增多，自然界中的上行闪电也逐步增加，因此研究上行闪电的物理特征和始发机制，不仅对揭示雷电先导发展的物理机制有重要的科学意义，对城市高建筑物和风力发电风车等的雷电防护也具有重要的应用价值。本文以中科院大气所325米气象铁塔为平台，开展了高塔闪电综合观测实验，包括高速光学、多频段电场探测以及雷达等常规气象观测。高速摄像机可以获得高塔上行闪电的发展特征，但是光学视野易受到云体遮挡;因此基于北京闪电网(Beijing Lightning NETwork，BLNET)的低频快天线发展了通道可分辨的闪电辐射源三维定位算法，获得了闪电的云内初始击穿过程以及云内负先导通道的水平发展，结合多频段电磁场信息和高速摄像资料，分析了上行闪电的物理特征及始发机制，探讨了触发母体正地闪发展的物理特征和多回击正地闪的产生原因，主要的研究结果如下:
1.2012-2018年的全部22例高塔上行闪电都是负极性，即塔顶始发上行正先导，平均速度为1×105m/s，其中82％(18/22)的上行正先导没有观测到明显的分叉现象。初始连续电流的持续时间42-844ms，算术平均值298ms;整个闪电的持续时间42-844ms，算术平均值349ms。所有上行闪电中19例(86％)为触发式上行闪电，3例(14％)为自发式上行闪电。89％的触发式上行闪电(17/19)由正地闪触发，其余为云闪触发。所有上行闪电发生时，气象塔基本位于层状云区，回波强度偏弱，30-45dBZ，云顶高度偏低，6-9km。自发式上行闪电发生时，周围环境温度更低，风速更大，达到14m/s。大的环境风速和低的云内电荷层高度有利于上行闪电的发生。
2.在一次上行闪电中捕获到了正先导通道明显的分叉现象，发现了两种不同的分叉发生机制:(1)主通道侧向的空间双向先导与主通道的连接。在正先导通道附近200m左右产生悬浮的双向先导，负极性端以分叉、梯级的方式向附近的正先导通道发展，平均二维速度2×105m/s，而正极性端不分叉并远离正先导通道，平均二维速度6×104m/s;最终负极性端分叉的一支与正先导通道连接;连接后负先导其余的分叉全部熄灭，而正极性端则继续发展，形成新的正先导分叉。(2)正先导头部直接分裂为多个分叉。在合适的电场条件下，正先导的头部分裂形成多个分叉并同时发展，当环境电场较弱，形成的正先导分叉强度较弱，不易被光学摄像机捕获，但可被之后的反冲先导过程所揭示。
3.对4次正地闪过程进行了分析，根据正地闪回击前是否有云闪过程，可分为预击穿始发型正地闪和云闪始发型正地闪。(1)预击穿始发型正地闪。正极性预击穿对应初始负先导向上的发展，产生正极性的慢电场变化，而负极性预击穿对应初始负先导向下的发展，产生负极性的慢电场变化。根据闪电以双向先导方式始发的理论，预击穿过程产生的正极性端接地后形成正回击，回击点距离预击穿始发位置的水平距离相对较近，通常为2-3km。(2)云闪始发型正地闪。在云闪过程的后期，云内水平发展的负先导通道上熄灭的先导分叉会发生重新电离，始发下行正先导，接地后形成云闪始发型正地闪。回击点距离云闪起始位置相对较远，可以达到15km以上。
4.一般正地闪只有一次回击过程，而云闪始发型正地闪容易产生具有不同回击点的多回击正地闪。触发高塔上行闪电的正地闪中，多回击正地闪占比35％(6/17)。分析了一次罕见的三回击正地闪过程，首次正回击位于之前的云内负先导通道下方，回击后来自地面的负电荷沿着熄灭的负先导通道以107m/s的速度产生快速重新电离过程，之后负先导继续以击穿空气的方式继续发展，速度105-106m/s;首次回击后的负先导通道逐渐熄灭后，通道下方又产生了第二次正回击，紧接着负先导通道以107m/s的速度被快速重新电离，并再次发展到新的区域;在发展的负先导通道的相反端形成了第三次正回击。多回击正地闪的回击点都位于负先导通道的正下方，相邻回击之间时间间隔85-220ms，空间间隔4-8km。
5.对于触发式上行闪电，根据触发母体闪电的子过程，将上行闪电的触发情况分成3种情况:1)云闪过程触发，占比10％(2/19);2)正地闪回击过程触发，占比37％(7/19);3)正回击后长连续电流过程触发，占比53％(10/19)。正预击穿产生的正电场变化有利于上行正先导的始发，但是回击过程后继续在云底负电荷区发展的正先导通道会阻碍上行正先导始发后的自持发展。
1.2012-2018年的全部22例高塔上行闪电都是负极性，即塔顶始发上行正先导，平均速度为1×105m/s，其中82％(18/22)的上行正先导没有观测到明显的分叉现象。初始连续电流的持续时间42-844ms，算术平均值298ms;整个闪电的持续时间42-844ms，算术平均值349ms。所有上行闪电中19例(86％)为触发式上行闪电，3例(14％)为自发式上行闪电。89％的触发式上行闪电(17/19)由正地闪触发，其余为云闪触发。所有上行闪电发生时，气象塔基本位于层状云区，回波强度偏弱，30-45dBZ，云顶高度偏低，6-9km。自发式上行闪电发生时，周围环境温度更低，风速更大，达到14m/s。大的环境风速和低的云内电荷层高度有利于上行闪电的发生。
2.在一次上行闪电中捕获到了正先导通道明显的分叉现象，发现了两种不同的分叉发生机制:(1)主通道侧向的空间双向先导与主通道的连接。在正先导通道附近200m左右产生悬浮的双向先导，负极性端以分叉、梯级的方式向附近的正先导通道发展，平均二维速度2×105m/s，而正极性端不分叉并远离正先导通道，平均二维速度6×104m/s;最终负极性端分叉的一支与正先导通道连接;连接后负先导其余的分叉全部熄灭，而正极性端则继续发展，形成新的正先导分叉。(2)正先导头部直接分裂为多个分叉。在合适的电场条件下，正先导的头部分裂形成多个分叉并同时发展，当环境电场较弱，形成的正先导分叉强度较弱，不易被光学摄像机捕获，但可被之后的反冲先导过程所揭示。
3.对4次正地闪过程进行了分析，根据正地闪回击前是否有云闪过程，可分为预击穿始发型正地闪和云闪始发型正地闪。(1)预击穿始发型正地闪。正极性预击穿对应初始负先导向上的发展，产生正极性的慢电场变化，而负极性预击穿对应初始负先导向下的发展，产生负极性的慢电场变化。根据闪电以双向先导方式始发的理论，预击穿过程产生的正极性端接地后形成正回击，回击点距离预击穿始发位置的水平距离相对较近，通常为2-3km。(2)云闪始发型正地闪。在云闪过程的后期，云内水平发展的负先导通道上熄灭的先导分叉会发生重新电离，始发下行正先导，接地后形成云闪始发型正地闪。回击点距离云闪起始位置相对较远，可以达到15km以上。
4.一般正地闪只有一次回击过程，而云闪始发型正地闪容易产生具有不同回击点的多回击正地闪。触发高塔上行闪电的正地闪中，多回击正地闪占比35％(6/17)。分析了一次罕见的三回击正地闪过程，首次正回击位于之前的云内负先导通道下方，回击后来自地面的负电荷沿着熄灭的负先导通道以107m/s的速度产生快速重新电离过程，之后负先导继续以击穿空气的方式继续发展，速度105-106m/s;首次回击后的负先导通道逐渐熄灭后，通道下方又产生了第二次正回击，紧接着负先导通道以107m/s的速度被快速重新电离，并再次发展到新的区域;在发展的负先导通道的相反端形成了第三次正回击。多回击正地闪的回击点都位于负先导通道的正下方，相邻回击之间时间间隔85-220ms，空间间隔4-8km。
5.对于触发式上行闪电，根据触发母体闪电的子过程，将上行闪电的触发情况分成3种情况:1)云闪过程触发，占比10％(2/19);2)正地闪回击过程触发，占比37％(7/19);3)正回击后长连续电流过程触发，占比53％(10/19)。正预击穿产生的正电场变化有利于上行正先导的始发，但是回击过程后继续在云底负电荷区发展的正先导通道会阻碍上行正先导始发后的自持发展。