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雷暴云内降水粒子荷电及电荷结构的演化一直是大气电学研究的重要科学问题之一。雷暴云的起电与云内的动力过程和微物理特征的发展密切相关，其电荷分布特征或电荷结构也决定了闪电的发生和发展。雷暴云内电荷分布和闪电可以在一定程度上反映强对流的发生位置和微物理特征，而且闪电的类型和频次也能指示强对流灾害性天气的发生。雷暴云起电-放电数值模式作为研究雷暴云电荷结构的重要补充，能够将云内起电、放电过程与宏观动力及微物理过程结合起来，不仅能够模拟雷暴云发生发展的整个物理过程及其闪电活动特征，而且能够详细研究云内粒子荷电、电荷结构的分布及演化。本文基于美国强风暴实验室(NSSL)发展建立的中尺度电耦合模式WRF-Elec，进一步完善了模式的物理过程，建立了双向耦合的WRF-Elec模式，并利用“雷暴973”观测资料和该模式研究了冰雹云和飑线两类强雷暴天气过程个例中的闪电活动和电荷结构演变规律，对冰雹云降雹过程中的反极性电荷结构形成机制进行了探讨。论文主要研究内容和结果如下: (1)WRF-Elec模式的改进。基于WRF-Elec模式，在NSSL云微物理双参数化方案中增加了电场力对霰、雹粒子降落末速度的影响，使霰、雹粒子降落末速度的计算更加精确，从而完善了WRF-Elec模式的物理过程，最终建立了双向耦合的WRF-Elec模式。 (2)雷暴云中电场力对起电和电荷结构的反馈作用。利用双向耦合WRF-Elec模式，通过敏感性数值实验，定量分析了雷暴云内电场力对起电和电荷结构的影响。研究发现雷暴云发展旺盛阶段，电场力对直径小且数浓度较低的霰和雹粒子影响较大，且这种影响并不是由单一物理量决定，而是由电场强度和霰、雹粒子的电荷密度、极性以及粒子本身的直径与数浓度共同决定的。电场力通过对霰、雹粒子降落末速度的调整，增强了雷暴云内感应、非感应起电率，且前者明显大于后者，云内局部产生-0.6～1.2nC/m3总电荷密度的变化，从而使电荷结构重新分布，局部垂直电场强度增强5kV/m，总闪电数增加。总体上，电场力对闪电活动的作用为正反馈，电场力对雷暴电荷结构的反馈作用不可忽略。 (3)一次雹暴的电荷结构和闪电活动的演变特征。利用“雷暴973”项目2016年夏季协同观测期间获得的闪电定位、天气雷达及探空等资料，对20160610一次相继多次降雹的强雹暴系统的闪电活动特征及电荷结构演化进行了研究发现，此次冰雹云系统发展过程包括三个孤立的单体相继发展、合并，并先后5次降雹，降雹时雷达回波45dBZ面积增大，且高度超过10km。3次降雹过程中正地闪占总地闪的比例升高，其余2次，正地闪比例跃增发生在降雹之后。整个冰雹云系统发展过程中，电荷结构经历了偶极性-反三极性-正常三极性-偶极性的演变过程。 (4)感应起电机制在冰雹云起电过程中的作用。利用改进后的WRF-Elec模式对20160610雹暴过程进行了数值模拟发现，模拟得到的总闪电频数的变化特征与实际观测相吻合，对第2次降雹阶段模拟得到的反三极性电荷结构也与实际观测基本一致，即6～10km为正电荷区，6km以下及10～14km分别各为一个负电荷区。反极性电荷结构的形成主要源于非感应起电形成的云内高电场(＞100kV/m)，使感应起电机制发挥作用，通过感应起电云滴带正电荷，与非感应起电带正电的雪共同作用形成了中部正电荷区;冰晶通过非感应起电在雷暴云顶部带负电荷;霰粒子带负电，与荷负电的雨粒子共同作用形成了低层负电荷区，从而形成了反三极性电荷结构。 (5)一次飑线过程不同阶段不同区域的闪电活动特征。对2015年夏季20150807飑线过程的观测资料分析发现，此次飑线过程整体上以云闪为主，根据雷达回波和闪电频数将飑线过程分为发展、增强及减弱三个阶段。发展阶段表现为多个孤立的γ中尺度对流降水单体，随着北京城区降水单体的迅速发展，强回波顶高延伸到-20℃温度层高度，闪电辐射源高度也逐步增加，闪电明显增多，但总闪电频数整体低于80次/min。增强阶段单体合并，闪电频数快速增长，0℃层以上及以下的强回波(＞40dBZ)体积明显增大，飑线形成后，总闪和地闪均达到峰值，分别为248次/min和18次/min，负地闪占总地闪比例为90％。辐射源主要分布在线状对流降水区内，辐射源峰值出现在5～9km高度层。减弱阶段飑线主体下降到0℃以下并迅速衰减，辐射源明显向后部层云降水区倾斜。95％的闪电发生在对流云区和过渡区。在系统发展和成熟阶段，对流云区与层云区辐射源的活跃时段基本一致。 (6)气溶胶浓度及霰粒子参量对飑线微物理过程及电荷结构的影响。基于改进后的WRF-Elec模式，从强雷暴系统发生发展的暖云及冷云微物理过程角度，通过改变云凝结核数浓度及霰粒子的谱分布和密度，设计了六组敏感性试验，对20150807飑线过程模拟发现，云凝结核数浓度为1000cm-3，霰粒子密度为900kg/m3的方案，模拟得到飑线成熟阶段的雷达回波的形态、强度、位置、顶高以及3小时累积降水的中心强度、分布区域，与实际观测更为一致，另外，此方案模拟得到的总闪电频数与实际观测的总体变化趋势一致，且量级相当。在飑线成熟阶段，雷暴云中部通过非感应起电荷正电的雪与冰晶粒子，与上部（下部）荷负电的冰晶（霰）共同作用，形成了上负、中正、下负的反三极性电荷结构。