大气中的垂直对流
发生在海气界面的过程在很大程度上受到海面以上大气中可能发生的湍流对流的影响。这反过来又取决于空气的稳定程度，也就是说，一旦向上移动，它倾向于继续上升的程度。
图2.9说明了密度随流体高度变化的两种方式。密度随高度增加的情况(a)是不稳定的，向上的流体倾向于下沉，向下的流体倾向于上升。密度随高度降低的情况(b)是稳定的:向上移位的一团流体(例如在O位置)的密度将比周围环境的密度大，并将下沉到原来的位置。
图2.9流体密度随高度的可能变化，导致(a)不稳定和(b)稳定条件。
图2.9流体密度随高度的可能变化，导致(a)不稳定和(b)稳定条件。
密度增加稳定的密度增加
密度增加
空气的密度取决于它的压力和温度。它还取决于它所含水蒸气的数量——水蒸气的密度比空气小——但在大多数实际用途中，水蒸气含量对密度的影响可以忽略不计。因此，空气柱中密度随高度的变化是由压强的变化决定的温度随高度变化．
大气中温度随高度的变化是复杂的。首先，空气像所有液体一样是可压缩的。当流体被压缩时，由于组成它的原子的运动，它每单位体积所拥有的内能就会增加，这决定了它的温度。相反，当流体膨胀时，它的内能会减少。因此，流体在压缩时加热(一个著名的例子是自行车打气筒中的空气)，在膨胀时冷却。温度的变化是由体积/密度和热力学能的变化引起的，而不是因为得失从周围的热量或从周围的热量，被描述为绝热的。绝热温度变化对气团行为的影响比其他获得或失去能量的机制(吸收或发射辐射，或与其他气团混合)要大得多。
想象一下，在温暖的海面上有一团空气在随机、湍流中向上移动旋转的运动。当它上升时，它受到大气压力下降的影响，因此膨胀，密度变小;这就导致了绝热过程温度下降，对于干燥空气而言，海拔每增加一公里的温度为9.8°C(图2.10中的黑线)。如果上升空气团的温度绝热下降小于大气中局部温度随高度的下降，上升空气团将比周围的空气更热，并将继续上升。换句话说，这是一种不稳定的情况，有利于空气向上对流。另一方面，如果上升的空气团的绝热冷却足以将其温度降低到低于周围空气的温度，它就会回落到原来的水平——也就是说，条件将是稳定的。
然而，空气中水蒸气的存在使情况更加复杂。水蒸气有高潜热内容，其结果是恒定的“干”绝热递减率每公里9.8°C的变化相关性有限。如果上升的空气被水蒸气饱和——或者由于绝热冷却而变得饱和——它的持续上升和相关的绝热冷却导致水蒸气凝结(在大气核上，如盐或尘埃颗粒)，形成水滴。凝结释放蒸发潜热，这部分抵消了绝热冷却，因此含有水蒸气的空气在上升时冷却的速率(图2.10(a)中的蓝色“饱和”递减率)小于干燥空气的速率。
一直稳定
始终不稳定温度(°C)
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