亚利桑那大学的大气科学家威廉·C·瓦林解释说。
自从本杰明·富兰克林时代起，人们就认识到闪电是一种大型放电现象，类似于在积累静电荷后触摸导电物体（例如，脚在地毯上摩擦）时所看到的放电现象。 但是，静电火花的长度只有一厘米甚至更短，而闪电通道的长度可以达到五公里甚至更长。（此外，云地闪电的电流强度可达数万安培。相比之下，家用电路的断路器额定电流通常为 20 安培。） 由于其规模巨大，闪电是一种复杂的物理现象。
在雷暴期间，云层的下部区域会积累大量负电荷，而上部区域则带正电荷。 此外，由于云层中的负电荷更靠近地面，因此会在地球表面感应出正电荷。 虽然有些闪电，或称闪电放电，会将正电荷转移到地面，但与将负电荷转移到地面的闪电放电相比，这种正闪电放电很少见。 从闪电放电的外观来看，很明显这种电荷转移发生在宽度远小于其长度的通道中。 由于空气通常是电绝缘体，因此它必须被击穿，以便形成导电通道，闪电放电才能发生。 然而，云层和地面之间空气的击穿并非一次完成。 相反，它以大约 50 米的离散步长发生，每一步大约需要 1 微秒，步长之间大约间隔 50 微秒。 由于这个过程的离散性，闪电放电的初始通道被称为阶梯先导。
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虽然闪电通道的形成是云层中的负电荷与地面感应出的正电荷之间吸引力的结果，但各个步骤通常远非垂直方向。（请注意上图中显示的通道的小水平部分。） 这种可变性是由于空气的电导率不均匀造成的。 通道将倾向于延伸到电导率较高的区域（如图中所示，一些分支实际上略微向上指向）。 因此，相对较短的步长和此类高电导率区域的随机分布使得通道呈锯齿状而不是平滑状。 此外，通道接触地面的点可能在水平方向上与通道在云层内部开始的点有相当大的位移。
答案最初发表于 2003 年 7 月 7 日。