云闪定义为所有没有到达地面的闪电放电。目前还没有有效的资料来区分云内（intracloud）闪电、云间(intercloud)闪电和云-空气(cloud-air)放电三种云闪过程。事实上根据地面电场记录看，三种放电过程十分类似，而且云闪过程也包括地闪过程中发生于云内的部分。云闪是最经常发生的一种闪电放电事件，一般认为云闪占全部闪电数的2/3以上。
云闪的发生比例
表3-5给出了Mackerras et al.(1998)利用1986-1991的全球闪电资料得到的不同纬度带上云地闪的比例，由云地闪的发生比例可以反推云闪的发生比例。可以看出云地闪的比例和落雷密度随纬度有很大的变化。
表3-5不同纬度的落雷密度和云地闪比例（Mackerras et al.，1998）
纬度带 | 地名 | 经、纬度 | 记录时间 （年） | 落雷密度 ( /km2 年) | 云地闪比例 |
0°-20° | 新加坡 | 1.2°N 103.5°E | 4.5 | 77.5 | 5.51 |
Bogota 哥仑比亚 | 5°N 74°W | 1 | 23.7 | 1.46 | |
Darwin 澳大利亚 | 12.2°S 130.4°E | 3 | 13.7 | 2.87 | |
20°-40° | Stanwell 澳大利亚 | 23.5°S 150.3°E | 4 | 5.87 | 2.93 |
Gaborone 波斯瓦那 | 24.4°S 25.5°E | 1.08 | 17.3 | 1.93 | |
Brisban 澳大利亚 | 27.3°S 153.0°E | 4 | 4.92 | 3.45 | |
Kathmandu 尼泊尔 | 27.4°N 85.2°E | 2 | 12.0 | 4.92 | |
Tel Aviv 以色列 | 32.1°N 34.5°E | 3 | 3.40 | 2.91 | |
40°-60° | Toronto 加拿大 | 43.4°N 79.3°W | 1 | 3.50 | 2.13 |
Berlin 德国 | 52.3°N 13.2°E | 5 | 0.777 | 1.68 | |
Uppsala 瑞典 | 59.9°N 17.4°E | 4.42 | 0.615 | 2.23 |
云闪的一般特征
云闪通常发生于云中的正负电荷区之间，持续时间与地闪类似，为半秒钟。一个典型的云闪放电过程可以传播5-10km的距离，中和电荷几十库仑。表3-6给出了云闪毫秒级放电特征的有关参量。云闪放电一般开始于连续传播的流光，当流光遇到极性相反的电荷源时，便引发类似于地闪回击的放电过程称为反冲流光，与此相伴的电场叫做K-变化。云中的K-变化与发生于云地闪电回击之间的K-过程产生的K-变化相似,对应于小而快速的电场变化，详细讨论可参见第四章。
表3-6 云闪毫秒级放电特征参量
典型值 | |
总体放电 高度（km） 持续时间（s） 中和电荷（C） 初始流光 持续时间（ms） 速度（m/s） 电流（A） 反冲流光 一次放电所包含的数目 持续时间（ms） 速度（m/s） 电流（A） 中和电荷量（C） | 4-12 0.3-0.5 5-30 250 1-5´104 100-1000 6 <1 1´106 1400 1 |
云闪的发展过程
Kitagawa and Brook(1960)曾利用云闪产生的电场变化波形将云内放电过程区分为初始、活跃和结束三个阶段(见图3-10)。Ogawa and Brook (1964)和Brook and Ogawa(1977)认为约占云闪整个持续时间一半时间的初始和活跃阶段与通道垂直延伸有关，并应用一个行进流光模式分析了电场波形随距离（测站与源）变化的关系，认为在初始和活跃阶段，放电包含了一个从正电荷区向下发展的慢正流光过程其发展速度为 104m/s。在放电初期和非常活跃阶段，闪电通道会发生多个分叉。放电的结束即J阶段包含一系列变化迅速的K变化，K变化是由于向下发展的正流光遇到高密度的负电荷区域时而发生的。K流光产生于下行正流光的头部，并作为负反冲流光以106m/s的速度沿原来的通道返回。由此，他们认为初始的慢连续电流正流光与结束阶段的快速负极性K流光类似与云地闪电中的先导和回击的发展，只是前者发生在云内正、负电荷区之间，而后者发生于云-地之间。
图3-8 云闪产生的电场变化波形 (Kitagawa and Brook，1960)。
I代表初始阶段、V.A.代表非常活跃期，J代表最后阶段。
Liu and Krehbie1(1985) 利用多站闪电电场测量资料在一个折线流光模式的假定下分析了云内放电过程的初始流光方向。该模式假定从一个球体电荷源任意方向发展的流光可以等效为一系列线段，每一个线段携带均匀电荷。Liu and Krehbie1(1985)利用这一模式对四个闪电进行了分析，他们发现放电似乎由一个向上发展的负流光而不是由正流光激发，而且初始流光垂直发展，并在约10-30ms内完成其垂直发展。流光的发展速度为1-3×105m/s，这一结果比早期模式的计算结果约大一个量级，但与Proctor(1981,1983)的结果一致。当然，Liu and Krehbiel的这一单向折线流光模式仅适应于初始阶段，它不能确定后面放电的发展方向。
云闪放电过程因击穿空气常常会辐射出大量的高频脉冲，因此对这些辐射脉冲的定位提供了认识云闪放电机制的一条重要途径。其中常用的方法是VHF到达时间差法(TOA)和VHF干涉仪方法。
VHF频段到达时间差法（TOA）是通过对放电辐射脉冲到达相距一定距离天线的时间差对脉冲源进行定位的。利用这种方法可以对闪电放电过程进行跟踪观测。Proctor (1981, 1983) 利用工作在VHF频段的到达时间差法分析了云闪的结构和发展过程。他把云闪分为两类：即每秒脉冲数少于103的低辐射脉冲产生率云闪和大于105的高辐射脉冲产生率云闪。对于前者而言，初始阶段的源位于后期流光出现的位置；而对于后者，则没有对应的初始阶段，整个通道发展的速度约为105m／s。对于两种类型的云闪，K流光都与沿主通道反向发展并冲过通道起点的正反冲流光有关。 Proctor研究的云闪大多数是水平发展的，放电图象复杂，呈现出的云内电荷分布不能用简单的电偶极子来表示。唯一一次垂直发展的放电过程，在放电初期表现为负流光向上发展，之后，一个快速负流光（5×106m/s）从开始位置下部沿主通道返回。Proctor研究的其它闪电都是水平发展，这与Liu and Krehbiel(1985)的研究不一致，Liu and Krehbiel对此的解释是他们分析的是发生在一个小雷暴初始阶段的闪电，而Proctor分析的则是大雷暴消亡阶段的闪电。
与VHF频段的TOA方法一样，VHF/UHF窄带干涉仪闪电定位系统也是一种对放电辐射脉冲源进行定位的技术，可以实现对闪电放电过程的跟踪观测。它利用长短基线组合形成的天线阵列，来接受雷电VHF电磁脉冲到达不同天线的相位差，进而来确定闪电辐射源的方位角和仰角，多站组合可以确定雷电发生的位置（Richard and Auffray, 1985; Rhodes et al., 1994; Shao et al., 1995）。由于该设备只探测电磁辐射的相位差而与信号波形无关，因此避免了电磁波传播过程中的畸变而引起的误差。
在窄带干涉仪的基础上，Shao et al.（1996）发展了宽带干涉仪，之后Ushio et al.(1999)、董万胜（2000）都相继发展了类似的宽带干涉仪闪电定位系统。其原理与窄带干涉仪类似，本质都是确定入射信号到达不同天线的相位差。所不同的是窄带干涉仪使用带通滤波器选择某一适当频率的信号，然后通过信号放大器、乘法器和检波器等一系列电子器件得到信号到达不同天线的相位差；而宽带干涉仪则是通过对不同天线接收的宽带信号作FFT变换后得到多个频率信号到达天线的相位差。下面是利用干涉仪闪电定位系统对云闪放电过程的研究结果。
Bondiou et al.(1986)和Mazur（1989）利用VHF窄带干涉仪分别对云闪的观测分析认为云内放电过程开始于正、负先导的同时发展，并指出正先导不产生可探测到的VHF辐射源。当正流光被加强时会激发伴随高频辐射的快速负反冲流光，这个负反冲流光从正流光顶部开始，在到达初始区域前停止。之后，Boulay(1991)以及Mazur and Ruhnke(1993 a, b)等也利用甚高频干涉仪证实了上述双向传输模式，即正、负击穿同时由同一点始发并沿相反的方向传播。Rhodes(1989)利用甚高频窄带干涉仪雷电放电过程定位系统对一个云闪进行了全面观测，结果表明：在初始200ms期间辐射源几乎是随机缓慢移动的，而在最后的200ms内流光水平发展。
Shao and Krehbiel(1996)利用相似的窄带干涉仪定位系统对云闪放电过程的研究结果表明，云闪通常呈现出由向上发展通道相连接的两层结构，上、下两层分别对应于雷暴云内上部的正电荷区域和中部的负电荷区域。图3-9给出了Shao and Krehbie(1996)得到的一次云闪放电过程产生的快、慢电场变化和VHF辐射特征，图3-10是相应的的干涉仪定位结果。定位结果表明在闪电开始的10- 20ms的初始阶段，放电过程将建立向上发展的通道，辐射源向上发展的速度约为1.5-3×105m/s。之后，在雷暴的活跃区重复发生由下部负电荷区向上部正电荷区的K-型击穿，而且上部通道将在正电荷区域水平发展。在初始击穿之后的放电过程中，
图3-9一次云闪放电过程产生的快、慢电场变化和VHF辐射特
（Shao and Krehbie， 1996)
图3-10 超高频干涉仪观测到的New Mexico典型云闪放电通道
( Shao and Krehbiel, 1996)
垂直通道几乎没有或只有非常微弱的辐射，表明在初始击穿后通道内一直有电流流过。经过一段时间后，击穿过程从下部通道较远的地方开始向闪电起始区域发展，下部通道在主负电荷区域向远离闪电起始区域的方向延伸。活跃阶段结束后，垂直通道截止，放电达到最后阶段。这一阶段以快速发展的K流光为主要特征，其发展速度为106一107m/s。K流光沿下部通道发展并向上或向垂直通道底部传输负电荷。
董万胜（2000）利用闪电宽带干涉仪系统对云闪的观测分析也认为，云闪起始于向上发展的负流光，开始阶段闪电通道向上发展，速度约为 2-3×105m/s量级。主通道在活跃阶段形成，在主负电荷区域的通道发展方向与负电荷沿通道运动的方向相反，即击穿过程在距通道顶端一定距离处发生，负电荷向通道顶端运动，并到达上部正电荷区域，下部闪电通道表现为倒退着向前延伸。而且他还首次观测到了闪电通道在上部正电荷区域和主负电荷区域同时发展的现象。在云闪放电的最后阶段，到达上部正电荷区域的通道段截止，K变化期间负电荷从主负电荷区域发展的通道顶端开始向闪电起始区域附近运动。
