detekcja i lokalizacja wyładowań atmosferycznych - Instytut ...

PAWEŁ BODZAK - DETEKCJA I LOKALIZACJA WYŁADOWAŃ ATMOSFERYCZNYCH
Lider krokowy składa się z wielu drobnych „kroczków” trwających około 1 µs, o
długości od 10 do 100 m (rys. 14 d-g). Przerwy pomiędzy poszczególnymi skokami wynoszą
od 20 do 50 µs. Średnia prędkość propagacji lidera krokowego wynosi od 10 5 do 10 6 m/s
[66]. W pełni rozwinięty lider krokowy może przenieść do ziemi ładunek ok. 10 C w czasie
rzędu dziesiątków milisekund. Średni prąd lidera zawiera się pomiędzy ok. 10 i ok. 1000 A
[7]. Podczas skokowej propagacji lider krokowy tworzy czasami skomplikowaną
geometrycznie i silnie rozgałęzioną strukturę. Silne rozgałęzienie jest spowodowane tym, że
podczas swojego ruchu ku powierzchni Ziemi główka lidera wybiera obszary o lokalnie
największej jonizacji, a także tym, że w obszarze przemieszczania się lidera mogą istnieć
pakiety ładunków dodatnich unoszonych przez konwekcję. Podczas ruchu lidera, część
ładunku z chmury burzowej spływa do utworzonego już kanału wyładowania dając
przestrzenny, liniowy rozkład ładunku [36]. Czoło lidera niesie bardzo wysoki potencjał
rzędu 10 7 V [57]. Ładunek zgromadzony na jego czole powoduje lokalny wzrost natężenia
pola elektrycznego. Gdy czoło lidera zbliży się do powierzchni Ziemi na tzw. odległość
uderzenia (z ang. striking distance), wtedy z miejsc na powierzchni Ziemi (rys. 14 g oraz rys.
15 a i b), w których ukształtowanie sprzyja zagęszczeniu linii sił pola elektrycznego (miejsca
gdzie znajdują się, np.: wysokie drzewa, maszty, budowle itp.), indukowane są tzw.
wyznaczniki połączenia (rys. 15 c). Wyznaczniki połączenia są nazywane także liderami
oddolnymi. Są to zjonizowane kanały powietrza wybiegające od powierzchni Ziemi w
kierunku lidera krokowego.
Kiedy jeden z wyznaczników spotka się z końcówką lidera krokowego, zazwyczaj na
wysokości rzędu dziesiątków metrów, wtedy następuje połączenie lidera krokowego z
powierzchnią Ziemi (rys. 14 h i rys. 15 d), a potencjał zjonizowanego kanału tego
wyładowania zostaje połączony z powierzchnią Ziemi. W momencie połączenia zgromadzone
na powierzchni Ziemi ładunki dodatnie, indukowane przez ujemny ładunek chmury i kanał
wyładowania, mogą wniknąć do tego kanału i zneutralizować zawarty w nim ładunek (rys. 14
h - j). W czasie tego, zachodzącego z bardzo dużą prędkością, procesu następuje przepływ
silnej fali prądowej wraz z towarzyszącymi jej efektami: świetlnym i dźwiękowym. W ten
sposób neutralizowane są coraz to bardziej odległe od Ziemi części kanału wyładowania, a
jego silnie świecący odcinek wydłuża się w kierunku chmury. Fazę tą kończy powstanie
pierwszego tzw. wyładowania zwrotnego (z ang. return stroke). Jego czoło przemieszcza się
w kierunku chmury z prędkością początkową rzędu 30⋅10 6 m⋅s -1 [56], która maleje wraz z
oddalaniem się czoła od powierzchni Ziemi. Czas trwania tego procesu jest krótszy niż około
- 43 -