ความไม่เสถียรแบบสมมาตรตามเงื่อนไขหรือCSIเป็นรูปแบบหนึ่งของความไม่เสถียรของการพาความร้อนในของไหลที่อยู่ภายใต้ความแตกต่างของอุณหภูมิในกรอบอ้างอิง การหมุนสม่ำเสมอ ในขณะที่เสถียรทางความร้อนในแนวตั้งและทางพลศาสตร์ในแนวนอน (ความเสถียรแบบเฉื่อย) ความไม่เสถียรในกรณีนี้จะเกิดขึ้นเฉพาะในระนาบเอียงเมื่อเทียบกับแกนทั้งสองที่กล่าวถึง และนั่นคือเหตุผลที่มันสามารถก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า "การพาความร้อนแบบเฉียง" หากมวลอากาศเกือบอิ่มตัวและเคลื่อนที่ในแนวราบและแนวตั้งในพื้นที่ CSI แนวคิดนี้ส่วนใหญ่ใช้ในอุตุนิยมวิทยาเพื่ออธิบายการก่อตัวของแถบฝน ตกหนักในระดับเมโซสเกล ในบริเวณที่เสถียร เช่น ด้านหน้าของ แนวปะทะ อากาศอุ่น^{[ 1 ] [ 2 ]}ปรากฏการณ์เดียวกันนี้ยังสามารถนำไปใช้กับสมุทรศาสตร์ได้อีกด้วย

อนุภาคอากาศที่ระดับความสูงหนึ่งๆ จะมีเสถียรภาพหากอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปตามกระบวนการอะเดียแบติกในระหว่างการขึ้นนั้นเท่ากับหรือต่ำกว่าอุณหภูมิของสภาพแวดล้อม ในทำนองเดียวกัน อนุภาคอากาศจะมีเสถียรภาพหากอุณหภูมิเท่ากับหรือสูงกว่าอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมในระหว่างการลง ในกรณีที่อุณหภูมิเท่ากัน อนุภาคอากาศจะคงอยู่ที่ระดับความสูงใหม่ ในขณะที่ในกรณีอื่นๆ อนุภาคอากาศจะกลับไปยังระดับความสูงเดิม

ในแผนภาพด้านขวา เส้นสีดำแสดงถึงอนุภาคที่ยกขึ้นซึ่งอุณหภูมิในตอนแรกจะต่ำกว่าอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม (อากาศที่เสถียร) ซึ่งหมายถึงไม่มีการพาความร้อน จากนั้นในภาพเคลื่อนไหว พื้นผิวจะถูกทำให้ร้อนด้วยรังสีจากดวงอาทิตย์ และอนุภาคที่ยกขึ้นจะอุ่นกว่าสิ่งแวดล้อม (อากาศที่ไม่เสถียร) การวัดความเสถียรของอุทกสถิตคือการบันทึกการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิศักยภาพเทียบเท่า ตามแนวตั้ง ( ): ^{[ 3 ]}${\displaystyle \theta _{e}}$

• หากปริมาณลดลงตามระดับความสูง จะนำไปสู่มวลอากาศที่ไม่เสถียร${\displaystyle \theta _{e}}$
• ถ้าค่าคงที่ยังคงเท่าเดิมเมื่อระดับความสูงเปลี่ยนแปลง จะนำไปสู่มวลอากาศที่เป็นกลาง${\displaystyle \theta _{e}}$
• หากระดับความสูงเพิ่มขึ้นส่งผลให้มวลอากาศมีเสถียรภาพ${\displaystyle \theta _{e}}$

ในทำนองเดียวกัน การเคลื่อนที่ด้านข้างของอนุภาคอากาศจะเปลี่ยนค่าความหมุนสัมบูรณ์ของมันซึ่งกำหนดโดยผลรวมของค่าความหมุนของดาวเคราะห์และค่า ความหมุน เชิงธรณี ภาค (หรือสัมพัทธ์) ของอนุภาค: ^{[ 3 ] [ 4 ]}${\displaystyle \eta }$${\displaystyle f}$${\displaystyle \zeta }$

${\displaystyle \eta =\left[{\frac {\partial v}{\partial x}}-{\frac {\partial u}{\partial y}}\right]+f=\zeta +f\qquad \qquad }$

ที่ไหน :

• ${\displaystyle v}$และเป็นความเร็วจีโอสโทรฟิกตามแนวเส้นเมริเดียนและแนวเส้นโซนตามลำดับ${\displaystyle u}$
• ${\displaystyle x}$และสอดคล้องกับพิกัดตามแนวเส้นละติจูดและแนวเส้นลองจิจูด${\displaystyle y}$
• ${\displaystyle f}$คือพารามิเตอร์โคริโอลิสซึ่งอธิบายถึงองค์ประกอบของกระแสน้ำวนรอบแนวตั้งในพื้นที่ ซึ่งเป็นผลมาจากการหมุนของกรอบอ้างอิง
• ${\displaystyle \zeta }$คือค่าความหมุนสัมพัทธ์รอบแนวดิ่งในพื้นที่ หาได้จากการนำส่วนประกอบแนวดิ่งของค่าความโค้งของความเร็วจีโอสโทรฟิกมาใช้

${\displaystyle \eta }$ค่าอาจเป็นบวก ศูนย์ หรือลบ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่การเคลื่อนที่เกิดขึ้น เนื่องจากกระแสน้ำวนสัมบูรณ์มักจะเป็นบวกในระดับซินอปติกจึงสามารถพิจารณาได้ว่าบรรยากาศโดยทั่วไปมีเสถียรภาพสำหรับการเคลื่อนที่ด้านข้าง เสถียรภาพเฉื่อยจะต่ำก็ต่อเมื่อค่าเข้าใกล้ศูนย์เท่านั้น เนื่องจากค่าเป็นบวกเสมอ จึงสามารถเป็นไปได้เฉพาะทางด้านแอนติไซโคลนของจุดสูงสุดที่แข็งแกร่งของกระแสลมกรดหรือในสันความดันบรรยากาศที่ระดับความสูง ซึ่งความเร็วอนุพันธ์ในทิศทางการเคลื่อนที่ในสมการจะให้ค่าลบที่มีนัยสำคัญ^{[ 5 ]}${\displaystyle \eta }$${\displaystyle f}$${\displaystyle \eta \leq 0}$

การเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมเชิงมุมบ่งชี้ถึงเสถียรภาพ: ^{[ 3 ] [ 5 ] [ 6 ]}

• ${\displaystyle \Delta M_{g}=0}$อนุภาคจึงยังคงอยู่ที่ตำแหน่งใหม่นั้น เนื่องจากโมเมนตัมของมันไม่ได้เปลี่ยนแปลง
• ${\displaystyle \Delta M_{g}>0}$อนุภาคจะกลับไปยังตำแหน่งเดิมเนื่องจากโมเมนตัมของมันมากกว่าโมเมนตัมของสิ่งแวดล้อม
• ${\displaystyle \Delta M_{g}<0}$อนุภาคจะเคลื่อนที่ต่อไปเนื่องจากโมเมนตัมของมันน้อยกว่าโมเมนตัมของสิ่งแวดล้อม

ภายใต้สภาวะความดันอุทกสถิตและแรงเฉื่อยที่เสถียรบางประการ การเคลื่อนที่ในแนวเฉียงอาจไม่เสถียรเมื่ออนุภาคเปลี่ยนมวลอากาศหรือรูปแบบลม รูปทางด้านขวาแสดงสถานการณ์ดังกล่าว การเคลื่อนที่ของอนุภาคอากาศทำโดยสัมพันธ์กับเส้นโมเมนต์จลน์ ( ) ที่เพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวา และอุณหภูมิศักย์สมมูล ( ) ที่เพิ่มขึ้นตามความสูง ${\displaystyle \scriptstyle M_{g}}$${\displaystyle \scriptstyle \theta _{e}}$

การเคลื่อนที่ด้านข้าง A

ความเร่งในแนวนอน (ไปทางซ้ายหรือขวาของพื้นผิว) เกิดจากการเพิ่มขึ้น/ลดลงของสภาพแวดล้อมที่อนุภาคเคลื่อนที่ ในกรณีเหล่านี้ อนุภาคจะเร่งความเร็วหรือชะลอความเร็วลงเพื่อปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมใหม่ อนุภาค A มีความเร่งในแนวนอนที่ทำให้มีแรงลอยตัว เป็นบวก เมื่อเคลื่อนที่ไปยังอากาศที่เย็นกว่า และชะลอความเร็วลงเมื่อเคลื่อนที่ไปยังบริเวณที่มีขนาดเล็กกว่าอนุภาคจะลอยขึ้นและในที่สุดก็จะเย็นกว่าสภาพแวดล้อมใหม่ ณ จุดนี้ อนุภาคจะมีแรงลอยตัวเป็นลบและเริ่มตกลงมา เมื่อทำเช่นนั้นจะเพิ่มขึ้นและอนุภาคจะกลับไปยังตำแหน่งเดิม^{[ 5 ] [ 6 ]}${\displaystyle \scriptstyle M_{g}}$${\displaystyle \scriptstyle M_{g}}$${\displaystyle \scriptstyle M_{g}}$${\displaystyle \scriptstyle M_{g}}$

การกระจัดในแนวดิ่ง B

การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งในกรณีนี้ส่งผลให้เกิดแรงลอยตัวติดลบเมื่ออนุภาคพบกับอากาศที่อุ่นกว่า ( เพิ่มขึ้นตามความสูง) และความเร่งในแนวนอนเมื่อเคลื่อนที่ไปยังพื้นผิวที่ใหญ่ขึ้นเมื่ออนุภาคเคลื่อนลง แรงลอยตัวจะลดลงเพื่อให้เข้ากับสภาพแวดล้อม และอนุภาคจะกลับไปยัง B ^{[ 5 ] [ 6 ]}${\displaystyle \scriptstyle \theta _{e}}$${\displaystyle \scriptstyle M_{g}}$${\displaystyle \scriptstyle M_{g}}$

การเคลื่อนตัวแบบเฉียง C

มีเพียงกรณี C เท่านั้นที่ไม่เสถียร การเร่งความเร็วในแนวนอนรวมกับการรบกวนขึ้นในแนวดิ่งและทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบเฉียง อันที่จริง แรงของอนุภาคมีขนาดใหญ่กว่าแรงของสิ่งแวดล้อม ในขณะที่โมเมนตัมของอนุภาคน้อยกว่าโมเมนตัมของสิ่งแวดล้อม การเคลื่อนที่แบบเฉียงจึงทำให้เกิดแรงลอยตัวที่เป็นบวกและการเร่งความเร็วในทิศทางการเคลื่อนที่แบบเฉียงซึ่งเสริมแรง^{[ 5 ]}${\displaystyle \scriptstyle \theta _{e}}$${\displaystyle \scriptstyle \theta _{e}}$

ดังนั้นเงื่อนไขสำหรับการมีภาวะไม่เสถียรแบบสมมาตรตามเงื่อนไขในสถานการณ์ที่เสถียรโดยทั่วไปคือ: ^{[ 3 ] [ 5 ] [ 6 ]}

• ความชันของเส้นนั้นมากกว่าความชันของเส้นนั้น${\displaystyle \scriptstyle \theta _{e}}$${\displaystyle \scriptstyle M_{g}}$
• อากาศที่เคลื่อนที่ไปด้านข้างนั้นเกือบจะอิ่มตัวแล้ว

CSI มักจะฝังอยู่ในพื้นที่ขนาดใหญ่ของการเคลื่อนที่ขึ้นในแนวดิ่ง สถานการณ์ที่เหมาะสมคือการไหลแบบจีโอสโทรฟิกจากทิศใต้โดยมีความเร็วลมที่เพิ่มขึ้นตามความสูง สภาพแวดล้อมมีการผสมผสานที่ดีและใกล้ถึงจุดอิ่มตัว เนื่องจากการไหลเป็นแบบทิศทางเดียว องค์ประกอบ u ของลมจึงสามารถกำหนดให้เท่ากับศูนย์ได้ ซึ่งจะสร้างการไหลแบบสมมาตรตั้งฉากกับความชันของอุณหภูมิในมวลอากาศ การไหลประเภทนี้มักพบในบรรยากาศแบบบารอคลินิกที่มีอากาศเย็นทางทิศตะวันตก^{[ 6 ]}

ภาพทางด้านขวาแสดงให้เห็นสถานการณ์ดังกล่าวในฤดูหนาว โดย CSI เกี่ยวข้องกับค่าศักย์ หมุนวนเทียบเท่าเชิงลบ ( ) ใกล้กับแนวปะทะอากาศอุ่น หิมะเป็นแถบก่อตัวตามแนวปะทะ ใกล้กับบริเวณความกดอากาศต่ำและ CSI ${\displaystyle \eta \leq 0}$

หากอนุภาคกำลังเคลื่อนที่ขึ้นในเขต CSI อนุภาคนั้นจะเย็นลงและไอน้ำจะควบแน่นเมื่อถึงจุดอิ่มตัว ทำให้เกิดเมฆและฝนโดยการพาความร้อนแบบเฉียง ตัวอย่างเช่น ด้านหน้าแนวปะทะอากาศอุ่น มวลอากาศจะมีเสถียรภาพเนื่องจากอากาศอุ่นเอาชนะมวลอากาศเย็น สมดุลทางธรณีภาคจะนำอนุภาคใดๆ ที่เคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากจากศูนย์กลางของความกดอากาศต่ำกลับไปยังจุดนั้น อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนที่เฉียงขึ้นด้านบนโดย การเร่งความเร็วขึ้นด้านบนใน ระดับซินอปติกในชั้น CSI ทำให้เกิดแถบขนานของฝนตกหนัก^{[ 6 ] [ 7 ]}

ความไม่เสถียรแบบสมมาตรตามเงื่อนไขส่งผลกระทบต่อชั้นที่อาจบางหรือหนามากในแนวตั้ง คล้ายกับการพาความร้อนแบบไฮโดรสแตติก ความหนาของชั้นกำหนดการเพิ่มขึ้นของปริมาณน้ำฝน แบบพาความร้อน ภายในบริเวณที่เป็น เมฆ ชั้น ส ตราติฟอร์ม^{[ 6 ]}เนื่องจากการเคลื่อนที่อยู่ในบริเวณใกล้จุดอิ่มตัว อนุภาคจึงยังคงอยู่ใกล้กับอัตราการลดลงของอุณหภูมิแบบอะเดียแบติกชื้นซึ่งทำให้มีพลังงานศักยภาพที่พร้อมสำหรับการพาความร้อน (CAPE) จำกัด อัตราการไต่ระดับในเขตการพาความร้อนแบบเฉียงมีตั้งแต่ไม่กี่สิบเซนติเมตรต่อวินาทีถึงไม่กี่เมตรต่อวินาที^{[ 6 ]}โดยปกติแล้วจะต่ำกว่าขีดจำกัดความเร็วในการไต่ระดับในเมฆคิวมูลอนิมบัสเช่น 5 เมตร/วินาที ซึ่งทำให้เกิดฟ้าผ่าและจำกัดการเกิดฟ้าผ่าด้วย CSI ^{[ 6 ]}อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ใน: ^{[ 6 ]}

• บริเวณฝนที่ตกตามหลังระบบการพาความร้อนขนาดกลาง
• การพาความร้อนในฤดูหนาวเกิดขึ้นเนื่องจาก ชั้นโทรโปสเฟียร์ที่ต่ำกว่าและเย็นกว่าช่วยให้ผลึกน้ำแข็งที่เคลื่อนตัวขึ้นด้านบนแตกตัวเป็นไอออนได้ง่ายขึ้น
• ในบริเวณผนังตาพายุในช่วงที่พายุเฮอริเคนทวีความรุนแรงขึ้น แม้ว่าจะเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก เนื่องจากเป็นบริเวณที่มีความเป็นกลางสมมาตรและโดยทั่วไปไม่มีฟ้าผ่า

แถบการพาความร้อนแบบเฉียงมีลักษณะหลายประการ: ^{[ 6 ]}

1. พวกมันขนานกัน
2. พวกมันขนานไปกับลมร้อน
3. พวกมันเคลื่อนที่ไปตามกระแสการหมุนเวียนทั่วไป
4. ช่องว่างระหว่างแถบจะแปรผันตามความหนาของชั้น CSI

ในทางกลับกัน หากอนุภาคเลื่อนลงมา มันจะอุ่นขึ้นและมีความอิ่มตัวน้อยลง ทำให้เมฆสลายตัว หิมะที่เกิดขึ้นที่ระดับความสูงที่สูงขึ้นจากการพาความร้อนแบบเฉียงก็จะระเหยกลายเป็นไอในกระแสลมที่ลงมาและเร่งความเร็วขึ้น ซึ่งอาจทำให้ความเร็วในการลงมาสูงถึง 20 เมตร/วินาที^{[ 6 ]}ผลกระทบนี้เกี่ยวข้องกับการลงมาสู่พื้นดินของเครื่องบินเจ็ทสติง^{[ 8 ]}

• David M. Schultz; Philip N. Schumacher (14 ธันวาคม 1998). "การใช้และการใช้ในทางที่ผิดของความไม่เสถียรแบบสมมาตรตามเงื่อนไข" . ห้องปฏิบัติการพายุรุนแรงแห่งชาติ. สืบค้นเมื่อ23 สิงหาคม 2019 .
• "การพาความร้อนแบบเฉียง" . หลักสูตร COMET . UCAR . สืบค้นเมื่อ23 สิงหาคม 2562 . หลักสูตรแบบโต้ตอบที่ต้องเข้าสู่ระบบ