目前大多数针对中高层的电场计算均假定大气为自由空间,没有考虑中高层大气的非线性效应,这给反演触发中高层放电现象所需电流峰值带来了很大的不确定性。本文基于麦克斯韦方程组,通过综合考虑电子热效应和电离、吸附效应的非线性变化,利用二维时域有限差分算法(2D FDTD),建立了对流层-中高层大气电动力耦合模型,分析了中高层大气电参数的非线性效应对地闪回击电磁场传播的影响,推广了半解析模型的适用范围及对elves现象的光辐射进行了模拟。主要研究成果如下：(1)首先分析了电参数的非线性效应对地闪回击电磁场的影响范围及程度。结果表明,对微秒(μs)量级的地闪回击辐射场而言,在60km以下,由于弛豫时间为毫秒(ms)量级,不需要考虑电参数的非线性效应。而在60km以上的空间,由于弛豫时间快速减小至小于微秒量级,必须考虑电参数非线性效应带来的影响。如果考虑中高层大气电参数非线性效应,离地面90km高度处地闪回击辐射场峰值明显减小,其中,垂直电场受影响最显著,场峰值最大可减小3倍左右,而水平电场受影响相对较小。电磁场脉冲持续时间越长,受微秒量级中高层大气电介质弛豫时间的影响越大。(2)另外将Yashunin等人提出的半解析模型的适用范围进行了推广。发现在雷击点正上方80km高度处,半径r=5km到30km范围内,半解析模型可以很好地模拟垂直电场与水平电场。与自由空间中的计算结果对比得出,电参数的非线性效应对辐射场分量的影响可忽略不计,而静电场和感应场受大气电参数非线性效应影响很大。其中,感应场比自由空间中多衰减了43%。在雷击点正上方80km高度处,半径r=25km范围内,感应场分量强度最大,超过了辐射场。此外,值得注意的是,根据不同方法得到的感应场分量并不相同。(3)模拟elves现象的光辐射的时空演化过程,发现其持续时间大约为1ms,水平半径可达300km,发生高度介于80-100km之间,与实际观测结果相符。