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 ۲۷می 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،۱۳۸۸). 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
۳-۵-۱-۱ 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 ۸۵۰ و دمای خشک ۵۰۰ هکتوپاسکال قرار داشته و با استفاده از معادله (۲-۱) مورد محاسبه قرار می‌گیرد.
(۲-۱) SI=T500 – TR
در معادله فوق : SI شاخص ناپایداری شوالتر, T500 دمای بسته‌هوا در سطح ۵۰۰ هکتوپاسکال و TR مقدار دما در محل تلاقی سطح ۵۰۰ 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 ۵۰۰ هکتوپاسکال در شرایطی که فرض شود بسته اولیه در سطح ۸۵۰ (mb)میلی باری قرار داشته باشد، است. لذا فرض اساسی شاخص شوالتر بر این است که ناپایداری در بین سطوح ۸۵۰ تا ۵۰۰ (hp)هکتوپاسکال روی می‌دهد. شاخص مذکور پایداری کلی را برای توده‌های هوا بیان کرده و امکان ناپایداری را بین ترازهای ۸۵۰ تا ۵۰۰ (hp)هکتو پاسکال را مورد محاسبه قرار می‌دهد؛ اما اگر رطوبت در ترازهای پایین تر از ۸۵۰ هکتوپاسکال قرار داشته باشد و یا زمانی که مرز جبهه یا وارونگی قوی دما بین لایه‌های ۸۵۰ تا ۵۰۰ 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 ۸۵۰ هکتوپاسکال,LCL تعیین می‌شود. سپس از LCL خطی موازی با نزدیک‌ترین بی دررو اشباع تا نقطه ای که در تراز ۵۰۰ هکتوپاسکال را قطع کند، ترسیم می‌گردد. دمای قرائت شده در آن تراز برابر خواهد بود بادمای بسته‌هوا در تراز ۵۰۰(hp)هکتو پاسکال که با TR نشان داده می‌شود.
تصویر (۳-۵) نحوی محاسبه شاخص شوالتر از سایت met office
مقیاس طبقه بندی شاخص شوالتر برای تعیین ناپایداری و احتمال وقوع توفان به شرح جدول (۳-۱) است.
جدول ۳-۱مقیاس شاخص شوالتر برای تعیین میزان ناپایداری و احتمال وقوع توفان (زاهدی و چوبدار ,۱۳۸۶)
ردیف
محدوده شاخص شوالترSI
وضعیت احتمالی جو
۱
مساوی و بیشتر از ۳
عدم وقوع بارش همرفتی
۲
۱ تا ۳
احتمال وقوع رگبار
۳
۱ تا ۲-
احتمال وقوع توفان تندری
۴
کمتر از ۳-
احتمال وقوع تورنادو
۳-۵-۱-۲ 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 ۸۵۰ و ۵۰۰ 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، ۱۹۷۲).
در معادله فوق :TTI خروجی معادله ۴،T_d دمای نقطه شبنم به سانتی گراد، vسر سرعتاد برحسب نات، جه جهتاد برحسب درجه (چینش باد) در سطوح مورد نظر می‌باشند (سیدلسکی، ۲۰۰۹,۸۷). اگر مقدار TTI کمتر از ۴۹ باشد، جمله ۲۰(TTI-49) برابر صفر فرض می‌شود. همچنین در صورت وجود هریک از شرایط ۴ گانه زیر مقدار جمله ۱۲۵(sin(〖dd〗_۵۰۰-〖dd〗_۸۵۰ )+ ۰٫۲) نیز برابر صفر خواهد شد. شرایط ۴ گانه عبارتند از: ۱- جهت باد در تراز ۵۰۰ هکتوپاسکال ما بین ۲۱۰ و ۳۱۰ درجه قرار نگیرد ۲- مقدار (dd -dd850)از صفر تجاوز نکند ۳- جهت باد در تراز ۸۵۰ هکتوپاسکال ما بین ۱۳۰ و ۲۵۰ درجه نباشد ۴- سرعت وزش باد در ترازهای ۸۵۰ و ۵۰۰ هکتوپاسکال برابر یا بیشتر از ۱۵ نات نباشد. مقیاس طبقه بندی شاخص SWEATبرای ا برایل وقوع توفان به شرح جدول (۳-۲) است.
جدول ۳-۲ نشان دهنده رابطه شاخص ناپایداری شدید با توفان تندری است بر اساس شاخص SWEAT.
ردیف
ارزش شاخص ناپایداریSWEAT
احتمال وقوع توفان تندری
۱
۱۵۰ تا ۲۹۹
ضعیف
۲
۳۰۰ تا ۴۰۰
متوسط
۳
۴۰۰ و بیشتر
قوی و احتمال تورنادو
۳-۵-۱-۳ شاخص ناپایداری KI31
شاخص مذکور برای محاسبه و آشکار سازی ناپایداری و همرفت در سطوح فوقانی جو به شرح معادله ۳ مورد استفاده قرار می‌گیرد: