球状闪电是自然界罕见的物理现象,也是世界未解谜题之一。由于球状闪电的发生具有不可预知性、频率低、时间短等特点,缺少科学的观测资料,尽管许多科学家致力于球状闪电的研究,但迄今为止,其物理现象还没有得到解释。因此研究球状闪电的产生过程及物理特性对揭示球状闪电的产生、能量来源等物理机制具有重要意义。本工作基于两台无狭缝光谱仪记录的自然界中一次球状闪电发展全过程及其光谱资料,首先对球状闪电的产生过程进行了详细的分析。球状闪电是由一次普通的云地闪电击中地面后形成的,通过对球状闪电的高时间分辨光谱分析,发现球状闪电光谱与普通闪电光谱有较大的不同。普通闪电的辐射光谱主要由二次电离的氮氧离子线组成,而在球状闪电的光谱中观测到了土壤元素的原子线。由此可推测,球状闪电的温度要远小于普通闪电的温度。光谱分析是诊断闪电内部物理特征的重要方法之一。本工作依据球状闪电光谱并结合等离子体理论计算了球状闪电的温度、能量密度等参量,并讨论了这些物理参量与球状闪电的大小、颜色、光强变化的相关性。利用光谱分析,结合等离子体理论,获得球状闪电产生时刻的温度为5000K左右,之后温度会略微下降几百开尔文且几乎保持这一温度,与球状闪电的颜色与大小随时间的演化特性一致。结合相应的球状闪电光强模拟实验,初步估算球状闪电稳定期的能量密度约为1.65×10~2MJ/m~3。结合球状闪电的物理参量及光谱信息,探讨了环境条件、土壤元素等因素在形成球状闪电过程中的作用,为寻找激发球状闪电的条件提供了重要依据,也为实验室人工复制球状闪电提供了参考方案。