On the Question of the Formation of the Lightning Current

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The bipolar lightning development model was used to study the dependence of the potential that is transported to the earth by the downward leader channel. It was shown that this parameter strongly depends on the starting position of the lightning and on the trajectories of formation of its bipolar leaders. It was shown that the main reason for the change in potential is not the loss of voltage in the lightning channel with a finite conductivity but its polarization in the electric field of the storm cloud. An estimate was made of the range of potential variation in the channel with ideal conductivity depending on the starting position and trajectory of the lightning at a constant charge in the thunderstorm cell. It was shown that, for the variation of the lighting current within two orders of magnitude, a mere twofold change in the charge of the thunderstorm cell is sufficient. The preferable starting position is found for the lightning whose upward leader can penetrate into the upper layers of the troposphere, turning into a blue jet.

About the authors

N. L. Aleksandrov

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University); Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences

Email: plasphys@pleiadesonline.com
141701, Dolgoprudny, Moscow oblast, Russia; 603950, Nizhny Novgorod, Russia

A. A. Ponomarev

Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences; Higher School of Economics

Email: plasphys@pleiadesonline.com
603950, Nizhny Novgorod, Russia; 101000, Moscow, Russia

A. A. Syssoev

Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences; Privolzhsky Research Medical University

Email: plasphys@pleiadesonline.com
603950, Nizhny Novgorod, Russia; 603005, Nizhny Novgorod, Russia

D. I. Iudin

Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences; Privolzhsky Research Medical University

Author for correspondence.
Email: plasphys@pleiadesonline.com
603950, Nizhny Novgorod, Russia; 603005, Nizhny Novgorod, Russia

References

  1. Rakov V.A., Uman M.A. Lightning: physics and effects. Cambridge: Cambridge University Press, 2003.
  2. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Физика молнии и молниезащиты. М.: Физматлит, 2001.
  3. Dwyer J.R., Uman M.A. // Phys. Rep. 2014. V. 534. P. 147.
  4. Crabb J.A., Latham J. // Q. J. R. Meteorol. Soc. 1974. V. 100. P. 191.
  5. Griffiths R.F., Phelps C.T. // J. Geophys. Res. 1976, V. 81. P. 3671.
  6. Gurevich A.V., Milikh G.M., Roussel-Dupre R. // Phys. Lett. A. 1992. V. 165. P. 463.
  7. Gurevich A.V., Zybin K.P., Roussel-Dupre R.A. // Phys. Lett. A. 1999. V. 254. P. 79.
  8. Гуревич А.В., Зыбин К.П. // УФН. 2001. Т. 171. С. 1177.
  9. Dwyer J.R. // Geophys. Res. Lett. 2005. V. 32. P. L20808.
  10. Иудин Д.И. // Изв. вузов. Радиофиз. 2017. Т. 60. С. 418.
  11. Iudin D.I., Rakov V.A., Syssoev A.A., Bulatov A.A., Hayakawa M. // NPJ Clim. Atmos. Sci. 2019. V. 2. P. 46.
  12. Iudin D.I., Rakov V.A., Syssoev A.A., Bulatov A.A., Hayakawa M. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 18016.
  13. Иудин Д.И., Сысоев А.А., Раков В.А. // Изв. вузов. Радиофизика. 2021. Т. 64. С. 867.
  14. Иудин Д.И., Сысоев А.А., Раков В.А. // Электричество. 2022. № 11. С. 13.
  15. Иудин Д.И., Сысоев А.А., Раков В.А. // Электричество. 2022. № 12. С. 13.
  16. Иудин Д.И., Сысоев А.А., Раков В.А. // Электричество. 2023. № 1. С. 16.
  17. Huertas M.L., Fontan J. // Atmosph. Environment. 1982. V. 16. P. 2527.
  18. Ross S.K., Bell A.J. // Int. J. Mass Spectrom. 2002. V. 218. P. L1.
  19. Skalny J.D., Mikoviny T., Matejcik S., Mason N.J. // Int. J. Mass Spectrom. 2004. V. 233. P. 317.
  20. Nagato K., Kim C.S., Adachi M., Okuyama K. // Aerosol Sci. 2005. V. 36. P. 1036.
  21. Nagato K., Matsui Y., Miyata T., Yamauchi T. // Int. J. Mass Spectrom. 2006. V. 248. P. 142.
  22. Skalny J.D., Orszagh J., Mason N.J., Rees J.A., Aranda-Gonzalvo Y., Whitmore T.D. // Int. J. Mass Spectrom. 2008. V. 272. P. 12.
  23. Allers M., Kirk A.T., Timke B., Erdogdu D., Wissdorf W., Benter T., Zimmermann S. // J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2020. V. 31. P. 1861.
  24. Heikes B.G., Treadaway V., McNeill A.S., Silwal I.K.C., O’Sullivan D.W. // Atmos. Meas. Tech. 2018. V. 11. P. 1851.
  25. Zhang X., Guo Y., Mirpour S., Li Y., Sun A., Nijdam S. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2021. V. 54. P. 485202.
  26. Попов Н.А. // Физика плазмы. 2010. Т. 36. С. 867.
  27. Huertas M.L., Fontan J., Gonzales J. // Atmosph. Environment. 1978. V. 12. P. 2351.
  28. Филиппов А.В., Дербенев И.Н., Дятко Н.А., Куркин С.А., Лопанцева Г.Б., Паль А.Ф., Старостин А.Н. // ЖЭТФ. 2017. Т. 152. С. 293.
  29. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1992.
  30. Goldman M., Goldman A., Sigmond R.S. // Pure Appl. Chem. 1985. V. 57. P. 1353.
  31. Zhang J., Adamiak K. // J. Electrostat. 2007. V. 65. P. 459.
  32. Yanallah K., Pontiga F. // Plasma Sources Sci. Technol. 2012. V. 21. P. 045007.
  33. Александров Н.Л. // УФН. 1988. Т. 154. С. 177.
  34. Sieck L.W., Herron J.T., Green D.S. // Plasma Chem. Plasma Proc. 2000. V. 20. P. 235.
  35. Смирнов Б.М. Комплексные ионы. М.: Наука, 1983.
  36. Troe J. // Chem Rev. 2003, V. 103. P. 4565.
  37. Wannier G.H. // Bell Syst. Tech. J. 1953. V. 32. P. 170.
  38. Kossyi I.A., Kostinsky A.Y., Matveyev A.A., Sila-kov V.P. // Plasma Sources Sci. Technol. 1992. V. 1. P. 207.
  39. Arshadi M., Kebarle P. // J. Phys. Chem. 1970. V. 74. P. 1483.
  40. Keesee R.G., Castlemann A.W., Jr. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1986. V. 15. P. 1011.
  41. Bork N., Kurten T., Enghoff M.B., Pedersen J.O.P., Mikkelsen K.V., Svensmark H. // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 7133.
  42. Payzant J.D., Kebarle P. // J. Chem. Phys. 1972. V. 56. P. 3482.
  43. Fehsenfeld F.C., Ferguson E.E. // J. Chem. Phys. 1974. V. 61. P. 3181.
  44. Huertas M.L., Fontan J., Gonzalez J. // Atm. Environment. 1979. V. 12. P. 2351.
  45. Синькевич А.А., Довгалюк Ю.А. // Изв. вузов. Радиофизика. 2013. Т. LVI. С. 908.
  46. Thermopedia. Atmosphere (Physical Properties of). 2021. Available online: https://www.thermopedia.com/content/570/ (accessed on 5 July 2023).
  47. Зуев В.Е., Комаров В.С., Ломакина Н.Я., Михайлов С.А. // Докл. АН СССР. 1985. Т. 280. № 5. С. 1086.
  48. Okabe H. Photochemistry of Small Molecules. Hoboken, NJ, USA: John Wihely & Sons Inc., 1978.
  49. Andrews D.G. An Introduction to Atmospheric Physics. New York, NY, USA: Cambridge Univ. Press, 2010.
  50. Melo S.M.L., Farahani E., Strong K., Bassford M.R., Preston K.E., McLinden C.A. // Adv. Space Res. 2004. V. 34. P. 786.
  51. Tsai T.R., Rose R.A., Weidmann D., Wysocki G. // Appl. Opt. 2012. V. 51. P. 8779.
  52. Ponomarev A.A., Aleksandrov N.L. // Plasma Sources Sci. Technol. 2015. V. 24. P. 035001.
  53. Gallimberti I. // J. Phys. (Paris). 1979. V. 40. P. C7.
  54. Syssoev A., Iudin D., Iudin F., Klimashov V., Emelyanov A. // Atmosphere. 2021. V. 12. P. 1046.
  55. Радциг А.А., Смирнов Б.М. Справочник по атомной и молекулярной физике. М.: Атомиздат, 1980.
  56. Арцимович Л.А. Элементарная физика плазмы. М.: Атомиздат, 1969.
  57. Bazelyan E.M., Aleksandrov N.L., Raizer Yu.P., Konchakov A.M. // Atm. Res. 2007. V. 86. P. 126.
  58. Naidis G.V. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1992. V. 25. P. 477.
  59. Naidis G.V. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1997. V. 30. P. 1214.
  60. Bazelyan E.M., Raizer Yu.P., Aleksandrov N.L. // Plasma Sources Sci. Technol. 2008. V. 17. P. 024015.
  61. Young C.E., Falconer W.E. // J. Chem. Phys. 1972. V. 57. P. 918.
  62. Пономарев А.А., Александров Н.Л. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. С. 152.
  63. Aleksandrov N.L., Bazelyan E.M., Ponomarev A.A., Starikovskiy A.Yu. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2022. V. 55. P. 383002.
  64. Capitelli M., Ferreira C.M., Gordiets B.F., Osipov A.I. Plasma kinetics in atmospheric gases. Springer, 2000.
  65. Ponomarev A.A., AleksandrovN.L. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2020 V. 53 № 5. P. 055203.
  66. Payzant J.D., Cunningham A.J., Kebarle P. // Can. J. Chem. 1972. V. 50. P. 2230.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (50KB)
3.

Download (113KB)
4.

Download (92KB)
5.

Download (83KB)
6.

Download (110KB)
7.

Download (648KB)
8.

Download (307KB)
9.

Download (220KB)
10.

Download (214KB)

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».