Sơ đồ vị trí xuất hiện của các loại sét thượng tầng khí quyển.

Sét thượng tầng khí quyển là họ các hiện tượng phóng điện-đánh thủng xảy ra trong khoảng thời gian rất ngắn trên các tầng khí quyển cao của Trái Đất, ở độ cao phía trên đám mây dông và có liên quan đến những tia sét thông thường. Đã có những báo cáo về các hiện tượng điện phía trên các đám mây dông từ những năm 1886. Tuy nhiên chỉ vài năm trở lại đây các nghiên cứu mới được thực hiện về những hiện tượng này và chúng được tin là những dạng plasma phát sáng trên khí quyển cao. Các hiện tượng này được khoa học ưa gọi hơn là các sự kiện phát sáng thoáng qua (transient lumnious event - TLE), thay vì coi là một loại tia sét như cách gọi "sét thượng tầng khí quyển" bởi các hiện tượng phóng điện trên khí quyển cao thiếu các đặc tính thường thấy của sét ở tầng đối lưu thông thường.

Sét dị hình (Sprite)

Bức ảnh màu đầu tiên về Sprite, chụp từ trên máy bay.

Sét dị hình là một hiện tượng phóng điện trên khí quyển cao có quy mô rất lớn, nó hình thành trên cả các đám mây dông dẫn đến việc nó có rất nhiều hình dạng khác nhau. Nó được kích hoạt bởi các tia sét CG dương, khi các điện tích theo kênh dẫn phóng lên trên từ bên dưới, từ trong vùng đỉnh đám mây bão hay từ mặt đất. Sprite xảy ra chủ yếu ở tầng trung lưu cách mặt đất 50÷90 km. Cái tên Sprite được đặt theo tên của một nhân vật Sprite (linh hồn của không khí) trong vở A Midsummer Night's Dream của Shakespeare. Bình thường chúng trông giống như một đám mây đỏ-cam hay xanh lá-xanh dương với các tua bên dưới và đôi khi còn có một cái vòng ở bên trên. Sprite diễn ra trong khoảng thời gian ngắn, khoảng từ vài mili giây tới 2 giây. Sprite được chụp hình lần đầu tiên vào ngày 06 tháng 7 năm 1989 bởi một nhà khoa học thuộc đại học Minnesota và kể từ khi đó nó được nhìn thấy thường xuyên hơn.[80] Sprite được giải thích như là nguyên nhân gây ra các sự cố tai nạn không thể giải thích được của các phương tiện có tầm hoạt động cao hơn các đám mây bão.[81]

Sét dị hình xanh (Blue jet)

Các tia Blue jet chụp tại vùng núi lửa Mauna Kea, Hawaii.

Blue jet thường hình thành phía trên các đám mây bão, nó thường trông giống như một ngôi sao băng và di chuyển trong tầng bình lưu cách mặt đất khoảng 40 km đến 80 km. Giả thuyết cho rằng chúng bắt đầu như những sự phóng điện "bình thường" giữa vùng chóp đám mây dông chứa điện tích dương và một lớp điện tích âm hưởng ứng ở khí quyển cao trên đám mây. Đầu kênh dẫn dương của hệ thống kênh sét hình thành trong đám mây có thể lấp đầy vùng điện tích âm của khí quyển nói trên, trước khi đầu âm kịp lấp vào vùng điện tích dương đỉnh. Kênh dẫn dương sau đó tiếp tục lan truyền, thoát ra khỏi đám mây lên trên khí quyển cao hơn, khi đó có sự phóng điện. Khác với các tia sprite, sự hình thành blue jet không phải được kích hoạt bởi các đợt sét dương thông thường giữa đám mây và mặt đất. Chúng sáng hơn các sét dị hình sprite và như cái tên chúng có màu xanh. Tư liệu ghi hình đầu tiên của loại sét này được thực hiện ngày 21 tháng 10 năm 1989,[82] được ghi lại từ tàu con thoi khi nó lướt qua Úc và sau đó bắt đầu có nhiều tài liệu hơn sau nhiều chuyến bay thí nghiệm của Đại học Alaska.[83] Một loại tia sét khác có họ hàng với blue jet, gọi là blue starter. Đó là sự phóng điện với cơ chế tương tự từ trên đỉnh đám mây lên khí quyển nhưng nó lên thấp hơn và sáng hơn blue jet.[84]

Sét dị hình Gigantic jet

Một số tia Gigantic jet trên vùng trời Oro Verde, Argentina, chụp ngày 2 tháng 2 năm 2014.

Gigantic jet là một sự phóng điện trên tầm cao hơn mây, ra khí quyển với kích cỡ lớn hơn đáng kể so với blue jet, vì thế cũng dễ nhận thấy hơn. Phần trên của một tia gigantic jet có màu xanh-đỏ. Nguyên nhân chúng hình thành cũng khác một chút so với blue jet. Chúng dường như bắt đầu ở ngay giữa miền điện tích dương trên đỉnh đám mây và miền điện tích âm phía dưới, không giống blue jet xuất phát trực tiếp từ đỉnh đám mây lên lớp điện tích khí quyển bên trên. Quá trình các tia gigantic jet hình thành gần tương tự blue jet khi miền điện tích dương ở cao hơn đã phóng điện thông qua hệ thống kênh dẫn trước khi điều tương tự xảy ra ở miền bên dưới mây, sau đấy một đầu kênh dương của hệ thống kênh truyền lên trên từ đám mây ra tầng điện li.

Ngày 14 tháng 10 năm 2001 các nhà khoa học của đài quan sát Arecibo đã chụp được bức ảnh về hai tia gigantic jet khổng lồ đi cùng nhau xuất hiện ở độ cao 80 km. Hai tia sét xuất phát từ một cơn bão ngoài khơi và biến mất trong giây lát. Một tia có tốc độ di chuyển bình thường khoảng 50,000 m/s hơn rất nhiều tốc độ bình thường của các tia Blue jet, nhưng nó đã tăng tốc lên 250,000 m/s khi bắt đầu tách ra làm hai và phát nổ khi đi vào tầng điện li. Vào ngày 22 tháng 7 năm 2002 tờ báo Nature đã đăng tin về việc nhìn thấy 5 tia sét gigantic jet cực lớn xuất hiện, có chiều dài vào khoảng 60 đến 70 km trong vùng Biển Đông, nó chỉ xuất hiện trong một giây nhưng có hình dáng rất rõ ràng giống như một cái cây hay củ cà rốt.[85][86]

Sét dị hình Elves

Video về các đợt sét được quan sát từ trên Trạm vũ trụ Quốc tế (ISS). Chú ý ở giây 0:06 có sét sprite xuất hiện.

Elves thường xuất hiện một cách mờ nhạt phẳng giống như sóng chấn động của một vụ nổ, có đường kính khoảng 402 km nhưng chỉ xuất hiện trong một mili giây. Chúng bắt đầu hình thành trong tầng điện li phía trên các đám mây bão khoảng 97 km. Màu sắc của chúng vẫn là một câu hỏi nhưng hiện nay hầu hết đều đồng ý rằng nó có màu đỏ rực. Elves được ghi nhận lần đầu tiên khi một tàu con thoi ghi hình được nó trong vùng Guyane thuộc Pháp vào ngày 07 tháng 10 năm 1990.[87] Elves là viết tắt của Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources (Sự phát sáng và nhiễu loạn tần số rất thấp từ các nguồn xung điện). Điều này ám chỉ đến việc quá trình nguồn sáng được tạo ra khi các hạt mang điện va chạm vào các phân tử nitơ (các hạt này có được năng lượng từ các cuộc phóng điện ở tầng điện li).