预击穿过程是地闪通道伸展出云底之前发生于云内的弱电离过程（参见图3-4）。对于预击穿过程的研究主要根据它在地面产生的电场变化（Clarence and Malan，1957; Kitagawa and Brook, 196O; Beasley et al, l982）和VHF辐射观测(Rhodes et al., 1994; Shao et al. 1995）。从地面观测到的电场变化看，在负地闪首次回击之前的电场变化一般可持续几毫秒到几百毫秒，典型值为几十毫秒(Clarence and Malan，1957; Kitagawa and Brook, 196O; Takeuti et al., 196O; Harris and Salman, 1972; Thomson, 1980; Beasley et al, l982)。Clarence and Malan (l957) 在南非观测到首次回击之前有持续高达200 ms的电场变化过程，5O% 以上超过30 ms，10%超过120 ms。 Kitagawa and Brook (196O) 发现在新墨西哥的持续时间为l0-2O0 ms,最典型的值是30ms。 Thomson (1980) 在Papua New Guinea发现平均值为240ms, 68% 的首次回击之前的电场超过100 ms。Beasley et al (l982) 在Florida观测到的平均持续时间为l18 ms。郄秀书等（1998）发现在甘肃地区地闪回击之前的电场变化常超过200 ms。Malan (1952, 1955)用特殊的条纹照相观测证实在梯级先导之前发生的云内放电过程即预击穿过程常常产生100ms或更长时间的发光。
Beasley et al (1982)曾经对梯级先导之前电场变化的持续时间进行了详细的统计。他们分析了79个首次回击之前的电场变化，并发现梯级先导预击穿电场变化的持续时间是90 ms, 中间值是42 ms。事实上，如此长的首次回击前电场变化的归属到底如何，依然存在分歧，Clarence and Malan (l957)认为它是激发梯级先导的过程，而Kitagawa and Brook (l960)、Takeuti et al.(1960)、Thomson (l980)以及郄秀书等（1998）则认为应该作为独立的云内放电过程对待。
Weidman and Krider（1979）曾经对初始击穿过程的脉冲特征进行了分析，认为其初始极性与随后的地闪回击电场变化极性相同，总体形状以双极性为特征，上升到峰值的时间是10μs，上面叠加有宽度为2-3μs的脉冲，后半周则变化平滑，脉宽为41.0μs，脉冲之间的时间间隔为130.0μs。图4-1a给出了在甘肃中川地区观测到的一次负地闪首次回击及其之前预击穿过程的波形特征。负地闪的预击穿过程以分离的双极性脉冲为特征（见图4-1b），脉冲的初始极性与回击的电场变化极性相同，152次预击穿脉冲之间的时间间隔为210.7±147.7μs，脉冲宽度为32.2±20.3μs。同一地区的正地闪预击穿过程也以分离的双极性脉冲为特征，50个脉冲之间的时间间隔为165.1±120.1μs，脉冲宽度为26.5±18.7μs。 Kitagawa and Brook(1960)曾经进行过类似的观测，他们发现地闪初始阶段的快电场变化脉冲之间的时间间隔为40-60μs，而云闪为680μs。因此他们认为利用初始击穿过程开始几毫秒内的的快电场变化特征可以判别闪电是云闪或地闪。
图4-1甘肃中川地区观测到的一次负地闪首次回击及其之前的放电过程。
（a）首次回击之前的总体电场变化波形；(b)时间展开后的预击穿过程。
在对预击穿过程的研究中，首先应该搞清楚它起源于何处？中和的电荷源在哪里？目前为止，对预击穿过程的定位主要有三种方法。一是利用电场变化的单站测量来确定预击穿过程发生的位置，这种方法以Clarence and Malan（l957)的工作为代表。第二种方法是利用电场变化的多站同步测量来拟合预击穿过程发生的位置，最有代表性的工作可以参见Krehbiel et al（l979)。第三种方法是通过对云内初始VHF 辐射源的定位，来确定预击穿过程的位置，包括干涉仪定位技术和到达时间差技术等 (Rustan et al.,l980; Hayenga and Warwick, l98l; Beasley et al., l982; Proctor, l983)。这种方法能够提供较上述两种方法有效和准确的定位。下面将三种定位方法得到的结果进行一个简单的总结。
(l) Clarence and Malan（l957)利用单站电场变化测量对闪电产生的电场变化进行了测量，在垂直预击穿通道的假定下，根据初始击穿电场变化的极性随距离的变化和产生这一电场变化对应的电荷高度推算，初始击穿发生于主负电荷区和云下部的正电荷区之间，而且放电过程好象开始于正电荷中心，然后向上发展至负电荷区。对于南非的雷暴而言，预击穿过程发生于海拔3.2-5.4 km之间。他们将一次地闪回击前后的电场变化分为B，I，L，R，J五个过程，分别代表击穿（Breakdown）、中间（Intermediate）、先导（Leader）、回击（Return stroke）和闪击间过程(J)（如图3-6所示）。他们认为B过程持续时间为几个毫秒，并有显著的电场变化，期间应该有较明显的VHF辐射脉冲，但是他们没能区分出来。
(2)Krehbiel et al.(1979)利用多站电场变化在新墨西哥的测量发现，预击穿过程发生于被地闪输送到地面的云内负电荷所在的高度上，位于海拔6-8km的高度，几乎是Clarence and Malan（l957）利用单站电场变化所得结果的两倍。
(3)在预击穿过程即将结束或梯级先导即将开始的阶段，利用VLF和VHF频带接受机可以观测到大量的双极性大脉冲。Proctor(1983) 和 Rustan et al.(1980)利用预击穿过程期间所辐射的VHF脉冲到达无线电波接受阵列的时间差对孤立脉冲进行了定位。Proctor(1983)发现对于一次南非雷暴中的19个云闪和7个地闪初始VHF源都几乎位于同一高度，即5.8km的海拔高度上。Rustan et al(1980)发现弗罗里达1个闪电的初始VHF源位于5.1-7.2km的高度上。
Shao et al.(1993,1996)利用VHF窄带干涉仪分别对地闪和云闪的初始预击穿过程进行了分析，发现预击穿过程起始于负电荷区域，但是地闪的初始击穿向下发展，而云闪则向上发展。两种情况下的发展速度都为1-3×105m/s，这一结果与Proctor(1981)的结果完全一致。地闪预击穿过程的电场变化在开始时伴随有较强烈的辐射脉冲，但是很快会变为连续的变化，初始击穿的脉冲数量较云闪要多。董万胜（2000）利用VHF宽带干涉仪也地闪的预击穿过程进行了分析，也发现预击穿阶段发生在主负电荷区，而且单回击过程地闪与多回击地闪预击穿阶段电场变化波形和通道发展特征有明显的差别。单闪击地闪有较长的云内预击穿过程，开始阶段闪电通道向上发展，并有较大的水平运动分量。电场快变化波形中有较大幅度的正极性脉冲，对应负极性击穿过程。脉冲期间通道发展速度约为3-9×105m/s，预击穿阶段闪电通道整体发展速度约为104m/s-105m/s。中间过程（I）期间闪电通道主要水平发展，几乎没有分叉，击穿过程仅发生在通道头部。通道发展的两维速度约为1-9×1O4m/s，并随时间逐渐增大。相应期间辐射能量集中在较高的频段。多闪击地闪预击穿过程很短，开始阶段闪电通道直接向下发展。电场负向变化，电场快变化波形的主要特征是有幅度较大的双极性脉冲，通道发展速度约为 105m/s的量级。
实际上，尽管已经有不少理论来解释击穿在云中如何开始，以及之后的连续发展并最后引发梯级先导的过程，但目前为止对预击穿过程的物理本质仍然没有完全了解（Pierce, 1957; Loeb,1966,1970; Dawson and Duff, 1970; Phelps, 1974; Griffiths and Phelps, 1976a, b; Diachuk and Muchnik, 1979; Wang et al., 1988）。 Griffiths and Phelps（1976a）发展了一个较完善的模式，以解释在不能产生直接火花击穿的较低环境电场条件下梯级先导是如何始发的。模式包括了一个在大于1.5×105V/m的环境电场中可以向上传输的正流光系统引起的局地电场增强，当局地电场超过2.5×105V/m时在水滴上就可发生电晕放电，进而激发正极性电晕流光。在2-10ms的时间内，流光可以向上传输约100m，流光最低点电场可以增加一个量级。实际上，模式所考虑的放电类型在云下部的正电荷区和主负电荷区之间是可以发生的，而这一区域也正是许多观测资料所证实的预击穿过程发生的位置。
