Burze konwekcyjne, mikrofizyka lodu i separacja ładunku

Aby mógł powstać piorun, w chmurze musi dojść do separacji ładunku dodatniego i ujemnego. Kluczem jest głęboka konwekcja i mikrofizyka lodu: silne prądy wstępujące wynoszą wilgoć wysoko do warstw mroźnych, gdzie współwystępują drobne kryształki lodu, większe gradziny (graupel) i przechłodzone kropelki wody.

Podczas zderzeń tych cząstek — zwłaszcza między lekkimi kryształkami lodu a cięższymi gradzinami — dochodzi do przeniesienia ładunku. Lżejsze, dodatnio naładowane kryształki są unoszone w górę, podczas gdy cięższe, ujemnie naładowane gradziny opadają. Tym samym ładunek w chmurze separuje się pionowo i powstaje napięcie potrzebne do wyładowania.

Wynika z tego zasadniczy związek: pioruny powstają tylko tam, gdzie jest dość głębokiej konwekcji i fazy lodowej. Intensywność i częstość burz zależy dlatego bardzo czule od temperatury i wilgotności — i właśnie ta zależność jest fizyczną podstawą tego, dlaczego SR działa jako globalny termometr Williams 1992.