雷暴云内电荷结构一直是大气电学研究的重要内容。对雷暴云内电场的探测，既能获知雷暴的电荷结构特征，也有助于进一步探讨雷暴云的起电、放电过程和雷暴电荷结构的形成机制。本论文以研究雷暴云的电荷结构特征为目的，通过研制探测传感器，发展反演方法，开展观测实验和资料分析等手段相结合来开展研究。论文在自行研制性能稳定的雷暴电场三维探空系统的同时，设计地基双极性窄脉冲事件(NBE)观测系统，并于华北平原地区开展雷暴电学特征综合观测实验。基于获取的电场和气象探空、NBE地基观测数据，分析雷暴云内的电场与电荷分布，并结合闪电定位、天气雷达、再分析资料等探讨电荷结构的成因。主要研究成果有:　　(1)在分析静电感应原理和感应电荷-电场关系的基础上，采用双金属球探空仪测量电场的方案，设计制作了双金属球电场传感器。在单片机平台上，通过集成电场传感器、A/D模块、三轴磁场传感器、音频编码、通讯模块，研制了雷暴电场三维探空仪;结合两套常规气象探空仪共同组成探空系统。地面接收采用硬件解码，并基于Matlab编写了探空数据处理和显示程序。野外实验表明该探空系统运行可靠，基本符合实验要求。　　(2)利用自行研制的雷暴电场三维探空系统，开展雷暴云内的探空观测实验，并成功获取了一次华北平原地区中尺度对流系统发展旺盛阶段层云区域的探空数据。探空系统与雷暴运动方向一致，相对位置基本保持不变。分析表明:层云区域内存在6个正负极性交替的电荷层。0℃附近有一个正电荷区;主正电荷区的高度范围为8.2-9.5km，密度为0.46nC/m3，对应温度层-14～-20℃;主负电荷区高度范围为7.4-8.2km，密度约为-0.25nC/m3，对应的温度范围是-10～-14℃，最上方为一负极性电荷屏蔽层。层云区域内存在一定的起电过程，但较弱。探空下降阶段（1h之后）获取的层云区域内电荷结构分布与上升阶段大致对应，但电荷层厚度和电荷密度略有差异。　　(3)发展了一种基于单站低频磁场测量系统的双极性窄脉冲事件(NBE)的自动识别和单站三维定位方法;利用同步天气雷达、WWLLN数据验证了算法的可靠性。利用算法分析2013年两次雷暴和2016年8月19日探空雷暴产生的大量NBE，结果表明:NBE通常来自于雷暴中新发展起来的强对流区域，不同极性的NBE高度分布不同，正NBE主要集中在6.5-16.0km，而负NBE主要集中在14-18km。基于NBE的高度统计结果，推断该地区雷暴强对流区域为上正-中负的偶极性电荷结构，顶部有一个负屏蔽电荷层。　　(4)结合雷暴电场探空观测和地基NBE对应电荷区反演，总结给出了华北平原地区中尺度对流系统的整体电荷结构分布概念图。对比国内外研究发现，电荷结构分布大致相同。结合闪电定位、天气雷达、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析资料等，对雷暴的电荷结构形成进行了初步探讨。强对流区上升气流强，大量的冰相粒子和合适的液态水含量，在非感应起电机制作用下形成偶极性电荷结构;而层云区域的复杂电荷结构则可能由该区域局地生成和对流区平流输送的电荷，在较弱和不规则流场的作用下共同形成。