闪电数值模式中的空间电场计算部分一直是模式中最为耗时的部分,迭代法求解空间电位无法同时满足高空间分辨率与高计算精度,造成模拟结果与实际有所误差。受计算时间的限制,全空间模拟域下的三维闪电模拟程序空间分辨率一直得不到提升,为了提升闪电数值模式的可靠性,本文基于已有的闪电数值模拟程序,通过修改其电场计算部分的迭代算法,去除迭代过程中数据依赖性并使用CUDA架构,将电场计算部分移植到GPU并行计算平台中,使用CPU+GPU协同计算,提升了计算效率。此外,在优化后的闪电数值模拟程序基础上,建立固定的经典电荷经典电荷结构进行敏感性实验,讨论云中电荷结构(主要是离地最近电荷层)与自持型上行闪电传播特征与空间电荷分布之间的关系。主要研究成果如下:(1)在已有闪电数值模式基础上,采用CUDA架构,同时对其电场计算中迭代算法去除数据依赖性,使用PGI编译器重新构写编译,使其计算方法得以在GPU中并行化计算,大大提升了闪电数值模拟程序的精确性与速度。此外,通过对比不同空间分辨率不同迭代精度下的算法的计算速度,发现同样迭代精度下,空间分辨率越高,GPU并行化计算的加速比越高,同等空间分辨率情况下,不同迭代精度下的并行化加速比相差无几,这与GPU的多线程多核心特性有关,空间网格点越多,同时使用的计算核心越多,计算加速效果越好。(2)在经典双层电荷结构下,自持型上行负地闪始发与电荷结构存在一定关系,在主负电荷区越高的情况下,始发自持型上行负地闪需要的主负区电荷密度与电荷分布范围越大。对于不同类型的闪电始发条件,推测存在自持型上行负地闪始发的主负电荷区高度阈值,当主负电荷区高度高于该值时,随着主负区电荷量的不断累积,会始发起始于云中的闪电而不是自持型上行负地闪,当主负电荷区高度低于该值时,电荷的不断积累会致使自持型上行负地闪始发。(3)模拟结果中的自持型上行负地闪通道传播具有一定特征,表现为闪电于建筑尖端起始的部分几乎没有分叉,笔直地朝着垂直方向传播开去,随着闪电的持续发展,闪电逐渐出现水平方向的延伸,闪电通道分支也逐渐多了起来,这与空间电位分布中近地面水平方向上电场强度弱存在一定关系。此外闪电分支一般是从下往上发展,主通道前段发展出新的分支会一定程度上阻碍位于下方的闪电分支的发展,位于同一高度的分支可能有着同时发展的趋势。