Details
В работе представлен новый метод численного моделирования специфической формы внутриоблачной молнии, называемой "начальные импульсы пробоя" (НИП). Они проявляются в виде серии всплесков тока с амплитудами от единиц до нескольких десятков (в некоторых случаях - сотен) тысяч ампер, предшествующей формированию самоподдерживающегося лидера молнии. Предлагаемый подход объединяет в себе элементы моделей, опирающихся на парадигму передающей линии и традиционно используемых для описания главной стадии молнии, и стохастических электростатических моделей, применяемых для симуляции эволюции трехмерного древа молнии. Модель обладает относительно высоким пространственно-временным разрешением, учитывает термодинамику разрядных каналов и описывает формирование чехла заряда лидера за счет токов утечки с поверхности тонкого лидерного канала. Она воспроизводит ряд последовательных процессов, начиная с появления в грозовом облаке первых стримерных каналов и заканчивая формированием хорошо проводящего лидера молнии длиной в несколько сотен метров. Результаты моделирования хорошо согласуются с измеряемыми параметрами НИП и указывают на то, что их появление может быть результатом формирования так называемого начального лидера молнии, которое сопровождается быстрым переходом стримерной плазмы в лидерную. Возникающий при этом интенсивный всплеск тока объясняется резкой зависимостью равновесной проводимости горячей лидерной плазмы от ее температуры. Представлено сравнение предложенного численного метода с альтернативными моделями НИП. Результаты работы важны для лучшего понимания процесса инициации молнии, механизм которого остается главной нерешенной проблемой физики атмосферного электричества.
The study presents a new method for numerical simulation of a specific form of intracloud lightning called Initial Breakdown Pulses (IBPs). They manifest themselves as a series of current surges with amplitudes ranging from units to several tens (in some cases hundreds) of thousands of amperes preceding a self-sustaining lightning leader formation. The proposed approach combines the elements of transmission line models, traditionally used to describe the main stage of lightning, and stochastic electrostatic models used to simulate the development of a three-dimensional lightning tree. It has a relatively high spatio-temporal resolution, takes into account discharge channels thermodynamics, and describes the leader channel sheath formation due to the leakage currents from the surface of a thin leader channel. The model reproduces a number of sequential processes occurring in a thundercloud, starting with the appearance of first streamer segments and ending with the formation of a well-conducting several hundred meters long lightning leader. Simulation results are in good agreement with the measured IBPs parameters. They indicate that IBPs may result from the so-called initial lightning leader formation which is accompanied with a rapid transition of the streamer plasma into the leader one. The resulting intense current surge is explained by a sharp dependence of equilibrium conductivity of hot leader plasma on its temperature. A comparison of the proposed numerical method with alternative IBPs models is presented. The results of the study are important for better understanding of the lightning initiation process, the mechanism of which remains the main unsolved problem of the physics of atmospheric electricity.
| Network | User group | Action |
|---|---|---|
| ILC SPbPU Local Network | All |
|
| Internet | All |
|
Access count: 19
Last 30 days: 19
