Rakov等人(1998b)利用距閃電觸發點30 m和110 m的電場推斷出了直溝。級聯先導的每壹步都產生數千安培的電流，並包含幾毫庫侖的電荷。
Rubinstein等人(1995)通過使用距閃電觸發點30 m和500 m的同步電場計算出直接通道導頻的線性電荷密度在0.02×10-3 C/m和0.08×10-3 C/m之間。最近，Crawford等人(1999)測量了距閃電觸發點10米、20米、30米、50米、110米和500米處的電場變化(見圖7-2)。這些電場變化的峰值基本上與距離成線性反比。利用這些多點同步電場波形和王等人(1999a)同時測得的導頻速度，可以找出導頻通道中電荷分布隨導頻發展的演化過程。
此外，Rakov等人(1998b)利用人工雷電流和距閃電觸發點30 m、50 m、110 m處測得的電場，發現飛行員產生的電場變化與回擊電流峰值之間有很好的線性相關性(見圖7-3)。30 m和50 m處電場與電流的線性相關系數可達0.98。
人工避雷針在雷電連接過程研究中的應用
在以避雷針為中心的防雷技術中，關於雷電回擊的接續過程的理論是最基礎也是最重要的，但目前對這壹過程的認識還不夠。Orville和Idone(1982)在對自然閃電的觀測中，獲得了壹兩張關於回擊與高速相機連接過程的照片，但由於時間分辨率的限制，這些照片不足以揭示回擊接地的發展過程。人工引雷技術為研究閃電的連接過程提供了非常方便的手段。Idone(1990)分析了9例高速攝像照片關於人工雷擊後回擊的連接過程。他的結果表明，上行鏈路連接導頻的上限在12和27 m之間。平均值為19 m。同樣受到時間分辨率的限制，這些高速照片沒有揭示返回連接的發展過程。拉蘭德等人(1998)通過觀察電場和電流，對高雷引起的第壹次回擊(小回擊)的連接過程做了壹些猜想。他們估計上行導頻的長度為20 m，然而，他們同時得到的高速攝像機無法區分下行導頻和上行導頻的連接過程。王等(1999a)最近用時間分辨率為100 ns的數字高速攝像系統觀測了幾例人工雷擊後回擊的連接過程。根據分析，他們得到了如圖7-4所示的連接過程示意圖。可以看出，當下行直接信道導頻傳輸到地面以上20 m左右的高度時，從接地端產生上行連接導頻；當下行導頻和上行導頻連接在壹起時，出現回程，回程分別從連接點同時向上和向下發送。在此連接過程中，上行導頻的速度可達2×107 m/s，與下行導頻的速度基本相同，但上行導頻的發光強度遠小於下行導頻。這可能是由於導頻極性不同造成的。
人工引雷在閃電M分量傳輸特性研究中的應用
所謂M分量，是指雷電持續電流過程中出現的浪湧電流現象，伴隨著壹段時間內雷電發光變強。雖然早在20世紀30年代就發現了這壹現象，並在近幾十年進行了研究，但對這壹現象的認識仍然模糊不清。壹些高速攝影結果表明，M分量有時向下向上透射，但有時不能確定其透射方向(Chonland et al .，1935；約旦等；1995)。這種現象可以通過人工閃電更系統地觀測到，因此近年來有了壹些新的認識。
Thottappillil等人(1995)統計了人工閃電M分量的電流，他們的結果表明，壹個典型的M分量的電流幅值壹般為100~200 A，其持續時間約為2 ms (10~90)%上升時間壹般為300~500 μs，這裏給出的數值只是平均值，因為電流和上升時間相差很大。比如電流幅度小於幾安培，最大可達幾千安培；上升時間小到幾微秒，大到幾毫秒。
Rakov等人(1995)根據測量的M分量電流和近距離電場提出了M分量“雙波”理論。他們認為壹個M分量實際上是由壹個向下傳播的波(類似於導頻)和壹個向上傳播的反射波(類似於回波)組成的。向下傳播的波在地面被反射。對於電流，反射系數接近+1；對於電荷密度，反射系數為-1。兩個波在每個高度都有相位差，高度越高相位差越大。他們認為不可能用光學方法在雲下分離這兩種波，但是從閃電到近距離的電場和磁場可以證實這兩種波的存在。他們特別指出，磁場波形的M分量類似於電流波形，而電場波形類似於電流時間微分波形。Rakov等人用M分量的“雙波”理論解釋了為什麽M分量有時看起來向上傳遞，有時看起來向下傳遞。同時，根據“雙波”理論，他們預言:①M分量的磁場強度與距閃電通道的距離成反比；②隨著距離的變遠，M分量的電場強度也在下降，但下降的程度遠不如飛行員？回擊的電場強度明顯減小。這些預測已經在最近的人工地雷誘發實驗中得到證實(Crawford等人，1999)。圖7-5是證實其預測結果的電流和電場波形的例子。其中(a)為電流，(b)、(c)、(d)分別為不同距離的電場變化。圖中RS代表回程，M3a、M3b、M4、M4a分別代表四個M分量。妳可以看到隨著距離的增加。飛行員？回擊電場強度的降低程度遠大於m分量電場強度的降低程度。
最近，王等(1999b)利用數值高速攝像系統觀測到了人工閃電誘發M分量的壹些光信號。他們利用傅裏葉變換找出閃電通道不同高度上各種頻率信號之間的相位差，從而得到不同頻率信號的相速。他們的結果表明，在閃電通道底部的不同高度上，相速度有時為正，有時為負。這些結果進壹步表明，把M分量看作傳統的透射波是不恰當的。
關於M組分的光學觀測，Idone(1995)最近發現其通道的曲率在M過程中可能發生明顯的變化。這就造成了M分量的通道有時被拉長，有時被縮短。在未來的光學觀測中應該考慮到這壹因素。
人工引雷在雷電接地特性研究中的應用
閃電擊中地面後，它的電流會使人們沿著地面的各個方向穿過土壤流向很遠的地方。人工雷電感應也為研究雷電接地的各種特性提供了有利條件。最近Rakov等人(1998b)發現，雖然由於土壤電導率的不同，不同地區的接地電阻相差可達五六個數量級，而且接地電阻與電流的平均值不成正比，但回擊電流的平均值僅在9.5 ~ 15ka之間變化。這說明雷電本身就能把接地電阻降低到很低的值。壹般測量的接地電阻只是雷電發生時的初始接地電阻。雷電發生後，是在土壤中擊穿的證據，表面電弧放電是地面雷電擊穿的證據。
美國經過多次人工閃電實驗，在土壤中可以發現閃電熔巖，其長度可達數米。根據對這些雷電熔巖的分析，說明雷電在土壤中的擊穿路徑傾向於電阻低的地方，比如含水量多的地方。閃電熔巖不僅與土壤成分有關，還與許多其他因素有關。
表面電弧放電也是人工閃電經常觀察到的現象，圖7-6是拉科夫等人得到的表面電弧放電概率的結果。可見，雷電流越大，表面發生電弧放電的概率越大。如果雷電流在20 kA左右，表面電弧放電的概率可高達100%。表面電弧放電的方向是很隨機的，即使同壹次雷擊中不同的雷擊，它們產生的表面電弧放電的方向也可以不同。表面電弧放電壹般有幾米長，最長可達幾十米。根據壹次表面電弧放電的測量結果，表面電弧的電流可達1 kA，相當於回流電流的5%。
雷電接地後，可在地面測量跨步電壓。Fisher等人(1994)分別在距離閃電觸發點10m和20m處測得多條跨步電壓波形。他們發現跨步電壓和雷電流之間存在線性正相關關系，它們的波形非常相似。可以看出，雷電觸發點10m以外的其他織物雷電流基本均勻。同時，他們還發現，跨步電壓與距離成線性反比。根據跨步電壓的壹般理論，跨步電壓應該與距離的平方成反比。這種差異現象需要進壹步的實驗檢驗。
人工放礦在檢查回擊方式中的應用
簡單來說，雷電回擊模式是指回擊電流與其產生的電磁場之間的關系，通過壹定的近似來建立。利用雷電返回模式和某處測得的電磁場可以反演雷電流。雖然雷電返回模式有很多(Rakov等人，1998a)，但實驗中真正使用的只有傳輸線返回模式。在傳輸線回擊模式下，雷電通道被視為無損耗傳輸線，回擊脈沖電流以壹定的速度μ(回擊速度)向上傳輸。將地球近似為良導體後，返回電流I與其輻射場Ez之間的關系如下
(7-1)
這裏c是光速，d是距離。通過對方程(7-1)進行時間微分，可以得到回擊電流變化率和輻射場變化率之間的關系:
(7-2)
目前，公式(7-1)和公式(7-2)已經在雷電定位系統中得到廣泛應用，但由於公式(7-1)和公式(7-2)是在非常相似的情況下建立的，在實際應用中，必須根據它們計算出的電流能反映實際情況的多少來進行實驗檢驗。通過人工誘發閃電，可以同時測量返回電流、電磁場和返回速度，為測試閃電返回模式提供了最佳的實驗手段。目前這方面的成果很多(Willett等，1988，1989；Leteinturier等人，1990；1991)。Willett等人的結果表明，傳輸線的返回模式在最初幾微秒內與測量結果基本壹致，但幾微秒後電流與輻射場波形的差別變大；同時，他們也指出，該模型計算的返回速度與實測值的相關性不好。Leteintu-rier等人的結果表明，電流變化率和輻射場變化率不僅具有非常相似的波形，而且其峰值之間具有良好的線性相關性。但他們用傳輸線模式計算的回擊速度明顯高於用高速攝影機測得的回擊速度。綜合以上結果，我們可以看到回擊模式與實測結果是壹致的，但也有很多不壹致的地方。Willitt等人和Leteinturier等人分別討論了回擊模式與測量結果不壹致的原因。在他們的實驗中，高速相機的時間分辨率最多只有1 μs，所以他們測得的速度只能是幾百米長的通道上的平均速度。為了測試回程模式，不僅要測量回程的初速度，還要考慮回程的連接過程，這可能是他們的實驗結果與回程模式不壹致的主要原因。最近王等人(1999c)用時間分辨率為100 ns的高速攝影機測量了初速度與回擊高度的關系，結果如圖7-7所示。從圖中可以看出，回擊初速並不是有些人說的光速，(Baum，1990)，回擊速度的變化在百米高度範圍內並不是很顯著。另外，王等人(1999a)在研究雷電回擊連線過程時，發現回擊脈沖在前幾十米衰減嚴重。這些最新的研究成果對於進壹步檢驗回擊模式的研究應該具有重要的價值。
人工避雷針在研究回擊光信號和電信號相關性中的應用
在前面提到的回程模式中，回程速度和電流是兩個獨立的參數。為了使通過電磁場的電流反向，必須知道回程速度。但在現實中，不可能測量每壹道閃電的速度。如果能用電信號計算出回程速度，在實際應用中是很有價值的。另壹方面，上壹章提到的回流是在地面測量的，為了探索更嚴謹的回流模式，需要知道回流沿通道的高度分布。這只能通過光信號的高度分布來反演。可以看出，在實際應用中，有時需要通過電信號將光信號反相，有時需要通過光信號將電信號反相，這就需要知道光信號和回程電信號之間的關系。人工改礦為研究這種關系提供了有利條件。
Idone等人(1984)通過人工雷擊實驗發現，後續回擊速度與峰值電流之間存在很好的非線性相關性。他們的結果基本上證實了Lundnolm(1957)提出的回程速度與電流峰值的關系:
(7-3)
其中:vrs為返回速度；c是光速；Ip為回程峰值電流(ka)；w是壹個常數。Idone等人用最小二乘法擬合他們的實驗數據，得到W=40。
Idone等人在他們的實驗中還發現，直竄先導的速度與後續回程的峰值電流之間有很好的相關性，線性相關系數可達0.84。而直行飛行員的速度與回程間隔的相關性很差，線性相關系數僅為0.43；後續回程速度與直行飛行員速度也有很好的非線性相關性，但與回程間隔的線性相關系數僅為0.57。
此外，Idone等人(1985)還利用人工閃電討論了回擊峰值光強與峰值電流的關系。在他們觀測到的兩次觸發閃電中，壹次閃電包含19次回擊，另壹次閃電包含20次回擊，它們的峰值電流從1.6到21 kA不等。他們發現，對於每壹次閃電，峰值返回光強與峰值電流之間都有非常好的線性相關性，線性相關系數可以分別達到0.97和0.92。
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