雷电是一种严重的自然灾害,研究多频段、多空间尺度下的雷电电磁波传播特征对广域雷电定位、低层电离层参数反演和中高层放电等方面都具有重要的应用价值和学术价值。在地球和电离层形成的波导腔中,雷电产生的电磁波可以沿着地表面以地波的形式传播,也可以在地表面和低层电离层之间通过多次反射以天波的形式向前传播。考虑地表面雷电电磁波传播路径的复杂性、电离层底层参数的各向异性,本文建立了雷电电磁波在地球-电离层波导中传播的二维时域有限差分（2-D FDTD）算法,综合利用该算法及解析法对上千公里范围的雷电低频（LF）、甚低频（VLF）及极低频（ELF）频段电磁波的传播特征进行了研究,重点研究了地球-电离层波导对不同空间尺度、不同频段的地波和天波传播的影响,主要结论如下:（1）研究了山体和地球曲率对雷电LF频段地波传播的影响。结果显示,当雷击山顶时,由于雷电电磁波在山脚处的反射作用,使得远距离垂直电场和水平磁场增强,山体越高越陡,增强越显著。传播路径上高度小于1 km的山体对远场的影响可以近似忽略;而当山体高度大于1 km时,山体的影响比较显著。当观测距离小于200 km时,地球曲率的影响可以忽略。考虑土壤电导率和地球曲率的影响时,远场峰值与理想地面情况下（电导率无限大,平坦地面）的比值近似以指数形式衰减。当雷电电磁波沿海面传播时,传播距离每增加100 km,电磁波到达观测点的时间和峰值点时间分别延迟0.1μs和0.64μs;而雷电电磁波沿陆地表面传播时,传播距离每增加100 km,电磁波到达观测点的时间和峰值点时间分别延迟0.36μs和0.96μs。（2）研究了地磁场以及电离层D层电子密度对远距离雷电VLF频段远场的影响。结果表明,由于地磁场导致的电离层参数的各向异性,在夜间雷电电磁波沿不同方向传播时,经过电离层反射形成的天波波形存在很大差异。在典型夜间条件下地球-电离层波导中的1阶模态截止频率约为1.8 kHz,除1阶模态外,5阶以下的高阶模态对1000km内的水平横向磁场均有较大贡献。典型白天情况下,1阶模态的截止频率约为2.3 kHz,高阶模态的衰减较大。因此,雷电VLF电磁波在地球-电离层波导中传播时,夜间干涉效应明显,而白天干涉效应不明显。（3）研究了雷电电磁波在电离层D层中激发的感应电流密度的时空演变特征,基于二次辐射理论,解释了一次天波的极性反转现象以及向西传播时的“双峰”现象。结果表明,在夜间或白天情况下,当观测距离约小于200 km时,一次天波主要由电离层中水平方向上的等效电流产生;当观测距离约大于300 km时,一次天波主要由电离层中垂直方向上的等效电流产生。由于电离层中水平和垂直方向上的等效电流密度产生的一次天波分量极性相反,因此,随着观测距离的增加,一次天波的极性出现反转。另外,在夜间情况下当雷电电磁波向西传播时,距离地面90 km高度附近处水平电流密度和未考虑地磁场时显著增强。在该情况下,当观测距离超过300 km时,电离层中的水平等效电流和垂直等效电流对一次天波均有较大贡献,二者产生的天波分量极性相反,叠加后使得最后形成的一次天波波形出现“双峰”现象。（4）利用2-D FDTD算法,对1 kHz以下雷电准横电磁波（QTEM波）在地球-电离层波导系统中传播的脉冲响应函数进行了研究,并将其成功应用于雷电脉冲电荷矩的估算。结果表明,无论是夜间还是白天,地磁场对地球-电离层波导系统的脉冲响应均有较大影响,在2000 km观测距离内,忽略地磁场影响时脉冲响应的峰值将偏大约30%。在夜间情况下,电离层D层和E层对雷电产生的ELF频段的能量均有反射,不同纬度下磁倾角的差异对脉冲响应初始部分的波形影响较小,主要影响脉冲响应波形过零点后的波尾部分。而在白天情况下,雷电产生的ELF能量主要被电离层D层吸收和反射。电离层D层参考高度h’对脉冲响应峰值影响较小（约15%以内）,但D层电子密度随高度的变化率β对脉冲响应峰值影响较大。在典型夜间和白天情况下,β增大时2000 km观测距离内脉冲响应的峰值最大可分别增加约30%和40%。