Установлено, что во время многих гроз, особенно осенью и зимой, электрическое поле атмосферы приобретает необычное строение. Большинство молний, возникающих на «переднем крае» бури (по направлению ветра), обладают положительным зарядом, то есть ток течет с облака к поверхности Земли. Однако всего в 100 километрах, в «тылу» грозы, большинство молний несут к Земле отрицательный заряд (рис. 35).
Такое биполярное строение грозы было обнаружено, когда несколько локальных сетей, измеряющих атмосферное электричество, объединили в единую систему. В качестве предполагаемой причины биполярности гроз называют горизонтальные ветры. Обычно грозовое облако имеет вертикальное строение: верхняя часть несет положительный заряд, а нижняя — отрицательный. Однако наблюдения показывают, что при горизонтальном ветре на уровне верхней части облака оно начинает клониться к Земле — и положительный заряд смещается в направлении ветра. Со временем такое смещение приводит к появлению в «передней» части грозы центра с положительным зарядом (рис. 36).
Чаще всего молния представляет собой многократный разряд.
Многократные молнии — обычное явление, они могут насчитывать до нескольких десятков электрических разрядов. Паузы между отдельными разрядами составляют несколько секунд. Средняя длительность полного разряда молнии измеряется десятыми долями секунды, отклонения от среднего значения в обе стороны возможны на порядок величины.
Обычно разряд развивается лавинообразно, сначала в виде ионизованного канала, получившего название лидера молнии, который ступенчато продвигается от облака к земле: Скорость ступенчатого движения лидера к земле равна приблизительно 50 х 10>6 м/с, причем интервал между ступенями составляет около 100 мкс. Длина каждой ступени лидера составляет около 45 м, так что полное время движения до земли может достигать 0,02 с. Затем по этому ионизированному каналу от земли к облаку движется основной разряд со скоростью около 10 х 10>7 м/с. Он обычно глубоко проникает вглубь облака, образуя множество разветвленных каналов. Свечение этого яркого разряда, обусловленное рекомбинацией. ионизованных атомов может продолжаться более секунды.
>Рис. 35. Многократные молнии
>Рис. 36. Положительный молниевый разряд
Противники подобного объяснения отмечают, что горизонтальные ветры обычно слишком слабы, чтобы перенести такой заряд в район грозового фронта. Для решения проблемы необходимо сопоставление спутниковых и радарных данных с данными наземных наблюдений атмосферного электричества.
В зонах умеренного климата разряды молний направляются по преимуществу к Земле, в тропиках же большинство разрядов происходит между облаками или внутри облака.