سرد شدن توده‌هوای اشباع در حال صعود بی درو، کمتر از حالتی است که هوا غیر اشباع است. در این شرایط، تغییر دما در هر صد متر ارتفاع را افت آهنگ بی دررو اشباع 27می گویند و با γs 28نشان داده می‌شود. افت آهنگ بی دررو اشباع، همیشه از افت آهنگ خشک کم تر بوده و با توجه به دمای هوا متغیر است (موسوی بایگی و اشرف،1388). بنابراین بررسی توزیع قائم دمای محیط که در نمودارهای ترمودینامیکی رسم می‌شود، به سادگی می‌توان پایداری یا ناپایداری جوی را که به همراه رطوبت ترازهای زیرین و مکانیسم بالاروی مناسب، سبب شکل گیری توفان تندری می‌شود، با استفاده از شاخص‌های ناپایداری که در ادامه شرح داده می‌شوند، تشخیص داد.
شاخص های ناپایداری
3-5-1-1 شاخص ناپایداری شوالتر(SI)29:
این شاخص توسط آلبرت شوالتر ارائه شده و بر اساس ضرایب مختلف موجود در تغییرات ابر کومولونیمبوس و همچنین بر مبنای مفهوم ناپایداری پتانسیلی پایه گذاری شده است. اساس این شاخص بر رابطه بین دمای خشک و نقطه شبنم تراز 850 و دمای خشک 500 هکتوپاسکال قرار داشته و با استفاده از معادله (2-1) مورد محاسبه قرار می‌گیرد.
(2-1) SI=T500 – TR
در معادله فوق : SI شاخص ناپایداری شوالتر, T500 دمای بسته‌هوا در سطح 500 هکتوپاسکال و TR مقدار دما در محل تلاقی سطح 500 هکتوپاسکال با خطی که از سطح تراکم صعود همرفتی (سطحی است که تراکم بخار آب بر اثر حرکات همرفتی هوا در آن دیده می‌شود) به موازات بی دررو مرطوب در نمودار ترمودینامیکی رسم شده (دمای حقیقی بسته‌هوا) هستند. این شاخص تفاوت دمای محیط و دمای بسته‌هوا در تراز 500 هکتوپاسکال در شرایطی که فرض شود بسته اولیه در سطح 850 (mb)میلی باری قرار داشته باشد، است. لذا فرض اساسی شاخص شوالتر بر این است که ناپایداری در بین سطوح 850 تا 500 (hp)هکتوپاسکال روی می‌دهد. شاخص مذکور پایداری کلی را برای توده‌های هوا بیان کرده و امکان ناپایداری را بین ترازهای 850 تا 500 (hp)هکتو پاسکال را مورد محاسبه قرار می‌دهد؛ اما اگر رطوبت در ترازهای پایین تر از 850 هکتوپاسکال قرار داشته باشد و یا زمانی که مرز جبهه یا وارونگی قوی دما بین لایه‌های 850 تا 500 هکتوپاسکال وجود داشته باشد, این شاخص نمی‌تواند نمایانگر ناپایداری باشد. آشکارسازی این که ناپایداری در کدام یک سطوح جوی انجام گرفته, با استفاده از نمودارهای ترمودینامیک SKEW-T به راحتی انجام پذیر است. برای ترسیم, قرائت و تفسیر نمودار شوالتر, ابتدا با استفاده از دما و دمای نقطه شبنم 850 هکتوپاسکال,LCL تعیین می‌شود. سپس از LCL خطی موازی با نزدیک‌ترین بی دررو اشباع تا نقطه ای که در تراز 500 هکتوپاسکال را قطع کند، ترسیم می‌گردد. دمای قرائت شده در آن تراز برابر خواهد بود بادمای بسته‌هوا در تراز 500(hp)هکتو پاسکال که با TR نشان داده می‌شود.
تصویر (3-5) نحوی محاسبه شاخص شوالتر از سایت met office
مقیاس طبقه بندی شاخص شوالتر برای تعیین ناپایداری و احتمال وقوع توفان به شرح جدول (3-1) است.
جدول 3-1مقیاس شاخص شوالتر برای تعیین میزان ناپایداری و احتمال وقوع توفان (زاهدی و چوبدار ,1386)
ردیف
محدوده شاخص شوالترSI
وضعیت احتمالی جو
1
مساوی و بیشتر از 3
عدم وقوع بارش همرفتی
2
1 تا 3
احتمال وقوع رگبار
3
1 تا 2-
احتمال وقوع توفان تندری
4
کمتر از 3-
احتمال وقوع تورنادو
3-5-1-2 شاخص خطر هوای مخرب SWEAT30
شاخص خطر هوای شدید، این شاخص عمدتاً برای تحلیل بالقوه شدت توفان‌ها به کار می رود. برای محاسبه این شاخص از دما و نقطه شبنم و باد ترازهای 850 و 500 میلی باری استفاده می‌شود. مقدار شاخص SWEAT با استفاده از رابطه زیر به دست می آید که در آن T و Td به ترتیب دما و نقطه شبنم بر حسب درجه سلسیوس، و dd سرعت باد بر حسب نات، و vجهت باد بر حسب درجه در ترازهای ذکر شده می‌باشند (میلر و همکاران، 1972).
در معادله فوق :TTI خروجی معادله 4،T_d دمای نقطه شبنم به سانتی گراد، vسر سرعتاد برحسب نات، جه جهتاد برحسب درجه (چینش باد) در سطوح مورد نظر می‌باشند (سیدلسکی، 2009,87). اگر مقدار TTI کمتر از 49 باشد، جمله 20(TTI-49) برابر صفر فرض می‌شود. همچنین در صورت وجود هریک از شرایط 4 گانه زیر مقدار جمله 125(sin(〖dd〗_500-〖dd〗_850 )+ 0.2) نیز برابر صفر خواهد شد. شرایط 4 گانه عبارتند از: 1- جهت باد در تراز 500 هکتوپاسکال ما بین 210 و 310 درجه قرار نگیرد 2- مقدار (dd -dd850)از صفر تجاوز نکند 3- جهت باد در تراز 850 هکتوپاسکال ما بین 130 و 250 درجه نباشد 4- سرعت وزش باد در ترازهای 850 و 500 هکتوپاسکال برابر یا بیشتر از 15 نات نباشد. مقیاس طبقه بندی شاخص SWEATبرای ا برایل وقوع توفان به شرح جدول (3-2) است.
جدول 3-2 نشان دهنده رابطه شاخص ناپایداری شدید با توفان تندری است بر اساس شاخص SWEAT.
ردیف
ارزش شاخص ناپایداریSWEAT
احتمال وقوع توفان تندری
1
150 تا 299
ضعیف
2
300 تا 400
متوسط
3
400 و بیشتر
قوی و احتمال تورنادو
3-5-1-3 شاخص ناپایداری KI31
شاخص مذکور برای محاسبه و آشکار سازی ناپایداری و همرفت در سطوح فوقانی جو به شرح معادله 3 مورد استفاده قرار می‌گیرد:
