Самоорганизующаяся транспортная модель искрового разряда в грозовом облаке

Предложена мелкомасштабная транспортная модель формирования древа электрического разряда и представлен анализ её реализации для одного характерного случая условий грозового облака. Среди инновационных особенностей модели можно выделить отсутствие привязки к пространственной сетке, высокое пространственно-временное разрешение, учёт асимметрии развития положительных и отрицательных стримеров и временной эволюции параметров разрядных каналов. Используемый в работе критерий стримерно-лидерного перехода сформулирован в терминах температуры канала и опирается на хорошо известный универсальный для искрового разряда механизм ионизационно-перегревной неустойчивости. В рамках используемого подхода прогретый хорошо проводящий лидерный канал формируется за счёт объединения токов десятков тысяч стримеров, каждый из которых изначально обладает пренебрежимо малой проводимостью и температурой, не отличающейся от температуры окружающей среды. Модельное билидерное древо имеет электродинамические характеристики, промежуточные между известными для лабораторной длинной искры и развитой молнии, что ожидаемо для «молодого» молниевого лидера. Морфологические характеристики и электрические параметры рассчитанного разрядного древа зарождающегося модельного лидера молнии согласуются с современными данными о развитии молниевого разряда.

На английском языке

Self-organizing transport model of a spark discharge in a thunderstorm cloud

Bulatov A.A.

Iudin D.I.

Sysoev A.A.

We propose a small-scale transport model of formation of the electric-discharge tree and analyze its implementation for one characteristic case of the thundercloud conditions. The following innovative features of the model can be emphasized: no tie to the spatial grid, high spatiotemporal resolution, and allowance for the asymmetry of the development of the positive and negative streamers and the temporal evolution of the discharge-channel parameters. The criterion of the streamer-to-leader transition, which is used in this work, is formulated in terms of the channel temperature and is based on the well-known mechanism of ionization-overheating instability, which is universal for the spark discharge. Within the framework of the described approach, a heated well-conducting leader channel is formed by combining the currents of tens of thousands of streamers, each of which initially has negligible conductivity and the temperature, which does not differ from the ambient temperature. The model bi-leader tree has electrodynamic characteristics that are intermediate between those known for the laboratory long spark and the developed lightning, which is expected for an "immature" lightning leader. The morphology and electrical parameters of the calculated discharge tree of the incipient model lightning leader agree with the modern data on the lightning-discharge development.