عدم استقرار الغلاف الجوي

مؤشر الرفع (LI)، الذي يُقاس عادةً بالكلفن ، هو الفرق في درجة الحرارة بين درجة حرارة الوسط المحيط Te(p) وكتلة هواء مرفوعة أديباتياً Tp(p) عند ارتفاع ضغط معين في طبقة التروبوسفير، عادةً 500 هكتوباسكال ( مليبار ). عندما تكون القيمة موجبة، يكون الغلاف الجوي (عند الارتفاع المذكور) مستقراً، وعندما تكون القيمة سالبة، يكون الغلاف الجوي غير مستقر. من المتوقع حدوث عواصف رعدية عند قيم أقل من -2، وطقس قاسٍ عند قيم أقل من -6. ^{[ 5 ]}

يُحسب مؤشر K حسابيًا كما يلي: مؤشر K = (درجة الحرارة عند 850 هكتوباسكال - درجة الحرارة عند 500 هكتوباسكال) + نقطة الندى عند 850 هكتوباسكال - انخفاض نقطة الندى عند 700 هكتوباسكال

• يتم استخدام فرق درجة الحرارة بين 850 هكتوباسكال ( 5000 قدم (1500 متر) فوق مستوى سطح البحر) و 500 هكتوباسكال ( 18000 قدم (5500 متر) فوق مستوى سطح البحر) لتحديد معدل انخفاض درجة الحرارة الرأسي.  
• توفر نقطة الندى عند مستوى 850 هكتوباسكال معلومات عن محتوى الرطوبة في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي.
• يُمثل الامتداد الرأسي للطبقة الرطبة بالفرق بين درجة الحرارة عند مستوى 700 هكتوباسكال ( على ارتفاع 10000 قدم (3000 متر) فوق مستوى سطح البحر) ونقطة الندى عند مستوى 700 هكتوباسكال. ^{[ 5 ]} 

طاقة الوضع المتاحة للحمل الحراري (CAPE)، ^{[ 7 ]} والتي تُعرف أحيانًا ببساطة باسم طاقة الوضع المتاحة (APE)، هي مقدار الطاقة التي تمتلكها كتلة من الهواء إذا رُفعت مسافة معينة عموديًا عبر الغلاف الجوي. تُعدّ CAPE بمثابة قوة الطفو الموجبة لكتلة الهواء، وهي مؤشر على عدم استقرار الغلاف الجوي، مما يجعلها ذات قيمة في التنبؤ بالطقس القاسي. أما تثبيط الحمل الحراري (CIN) ، فهو بمثابة قوة الطفو السالبة، ويُرمز له بـ B- ؛ وهو عكس طاقة الوضع المتاحة للحمل الحراري (CAPE) ، والتي يُرمز لها بـ B+ أو ببساطة B. وكما هو الحال مع CAPE، يُعبر عن CIN عادةً بوحدة جول/كجم، ولكن يمكن التعبير عنه أيضًا بوحدة م² ^/ ث² ^، حيث إن القيمتين متكافئتان. في الواقع، يُشار إلى CIN أحيانًا باسم طاقة الطفو السالبة ( NBE ).

هي شكل من أشكال عدم استقرار الموائع، توجد في الغلاف الجوي ذي الطبقات الحرارية، حيث تعلو طبقة من المائع البارد طبقة أخرى أكثر دفئًا. عندما تكون كتلة هوائية غير مستقرة، يتسارع الجزء الصاعد منها بفعل فرق الضغط بينه وبين الهواء المحيط عند الارتفاع الأعلى الذي وصل إليه. عادةً ما يؤدي هذا إلى تكوين سحب متطورة رأسيًا نتيجة الحمل الحراري، بسبب الحركة الصاعدة، والتي قد تتطور في النهاية إلى عواصف رعدية. يمكن أن تحدث هذه الظاهرة أيضًا في ظواهر أخرى، مثل الجبهات الباردة. حتى لو كان الهواء أبرد على السطح، فلا يزال هناك هواء أكثر دفئًا في الطبقات المتوسطة، يمكنه الصعود إلى الطبقات العليا. مع ذلك، إذا لم يكن هناك كمية كافية من بخار الماء، فلن يكون هناك مجال للتكثيف، وبالتالي لن تتشكل العواصف والسحب والأمطار.

يُعدّ رقم ريتشاردسون الكلي (BRN) رقمًا لا بُعديًا يربط بين الاستقرار الرأسي وقص الرياح الرأسي (عادةً، الاستقرار مقسومًا على القص). وهو يُمثّل نسبة الاضطراب الناتج حراريًا إلى الاضطراب الناتج عن القص الرأسي. عمليًا، تُحدّد قيمته ما إذا كان الحمل الحراري حرًا أم قسريًا. تشير القيم المرتفعة إلى بيئات غير مستقرة و/أو ذات قص ضعيف ؛ بينما تشير القيم المنخفضة إلى عدم استقرار ضعيف و/أو قص رأسي قوي. عمومًا، تُشير القيم في نطاق يتراوح بين 10 و45 إلى ظروف بيئية مواتية لتكوّن العواصف الرعدية الفائقة .

مؤشر شوالتر، الذي طوره عالم الأرصاد الجوية ألبرت ك. شوالتر ، هو رقم لا بُعدي يُحسب بأخذ درجة الحرارة عند  مستوى 850 هكتوباسكال، ثم تُنقل هذه القيمة إلى مستوى 500 هكتوباسكال، ثم تُرفع تدريجيًا حتى التشبع،  ثم تُطرح منها درجة الحرارة المرصودة عند  مستوى 500 هكتوباسكال. إذا كانت القيمة سالبة، فإن الجزء السفلي من الغلاف الجوي يكون غير مستقر، مع توقع حدوث عواصف رعدية عندما تكون القيمة أقل من -3. ^{[ 8 ]} يُعد تطبيق مؤشر شوالتر مفيدًا بشكل خاص عند وجود كتلة هوائية باردة ضحلة أسفل مستوى 850  هكتوباسكال تُخفي إمكانية حدوث تيارات الحمل الحراري. مع ذلك، سيقلل المؤشر من تقدير إمكانية حدوث تيارات الحمل الحراري إذا كانت هناك طبقات باردة تمتد فوق مستوى 850 هكتوباسكال، كما أنه لا يأخذ في الاعتبار التغيرات الإشعاعية اليومية أو الرطوبة أسفل مستوى 850 هكتوباسكال. ^{[ 9 ]}

تؤدي الظروف المستقرة، كما هو الحال في ليلة صافية وهادئة، إلى انحصار الملوثات بالقرب من سطح الأرض. ^{[ 10 ]} ويحدث الرذاذ داخل كتلة هوائية رطبة عندما تكون مستقرة. ولا يكون الهواء داخل الطبقة المستقرة مضطربًا. ^{[ 11 ]} وتؤدي الظروف المرتبطة بالطبقة البحرية ، وهي طبقة جوية مستقرة شائعة في الجانب الغربي من القارات بالقرب من تيارات المياه الباردة، إلى تشكل الضباب ليلًا وصباحًا. ^{[ 12 ]} ويمكن أن تتشكل موجات المد والجزر المتموجة عندما تقترب حدود منخفضة المستوى، مثل جبهة باردة أو حدود تدفق خارجي، من طبقة من الهواء البارد المستقر. وتُحدث الحدود المقتربة اضطرابًا في الغلاف الجوي ينتج عنه حركة موجية، تُعرف باسم موجة الجاذبية . وعلى الرغم من أن موجات المد والجزر المتموجة تظهر على شكل أشرطة من السحب عبر السماء، إلا أنها موجات مستعرضة ، وتتحرك بفعل انتقال الطاقة من عاصفة قادمة، وتتشكل بفعل الجاذبية. يُوصَف المظهر المتموج لهذه الموجة بأنه اضطراب في الماء يحدث عند إلقاء حصاة في بركة أو عند تحرك قارب مُحدثًا أمواجًا في الماء المحيط. يُزيح الجسم الماء أو الوسط الذي تنتقل الموجة عبره، فيتحرك الوسط حركةً صاعدة. ومع ذلك، وبسبب الجاذبية، يُسحب الماء أو الوسط إلى أسفل، وتُؤدي تكرار هذه الدورة إلى تكوين حركة الموجة المستعرضة. ^{[ 13 ]}

في طبقة غير مستقرة من التروبوسفير، يحدث ارتفاع لكتل ​​الهواء، ويستمر هذا الارتفاع طالما بقي الغلاف الجوي المجاور غير مستقر. وبمجرد حدوث انقلاب عبر عمق التروبوسفير (مع توقف الحمل الحراري بفعل طبقة الستراتوسفير الأكثر دفئًا واستقرارًا نسبيًا ) ، تؤدي تيارات الحمل الحراري العميقة إلى تشكل العواصف الرعدية عند توفر رطوبة كافية. فوق مياه المحيطات الدافئة، وفي منطقة من التروبوسفير ذات قص رياح رأسي خفيف ودوران (أو دوامية) كبير على مستوى منخفض، يمكن أن تتسع رقعة هذه العواصف الرعدية وتتطور إلى إعصار استوائي . ^{[ 14 ]} فوق الأسطح الساخنة خلال الأيام الدافئة، يمكن أن يؤدي الهواء الجاف غير المستقر إلى انكسار كبير للضوء داخل طبقة الهواء، مما يتسبب في ظهور السراب السفلي . ^{[ 15 ]}

عندما تكون الرياح خفيفة، قد تتشكل زوابع ترابية في الأيام الجافة ضمن منطقة عدم استقرار على مستوى سطح الأرض. ^{[ 16 ]} يمكن أن تحدث دورات صغيرة تشبه الأعاصير فوق أو بالقرب من أي مصدر حرارة سطحية شديدة، والتي من شأنها أن تُسبب عدم استقرار كبير في محيطها. تُسمى تلك التي تحدث بالقرب من حرائق الغابات الشديدة بأعاصير النار، والتي يمكن أن تنشر الحريق خارج حدوده السابقة. ^{[ 17 ]} زوبعة البخار هي تيار صاعد دوار يتضمن بخارًا أو دخانًا . يمكن أن تتشكل من الدخان المتصاعد من مدخنة محطة توليد الطاقة . تُعد الينابيع الساخنة والبحيرات الدافئة أيضًا مواقع مناسبة لتشكل زوبعة البخار، عندما يمر هواء القطب الشمالي البارد فوق المياه الدافئة نسبيًا. ^{[ 16 ]}