気温減率
理想気体について、断熱過程における気温 T と気圧 p を関連付ける式は次のとおりである:
p ( z ) γ − 1 / T ( z ) γ = c o n s t a n t {\displaystyle p(z)^{\gamma -1}/T(z)^{\gamma }=constant\,}
ここで γ {\displaystyle \gamma } は比熱比(空気の場合、 γ {\displaystyle \gamma } =7/5)、z は高度である。
気圧と気温を関連付ける二つ目の関係式は静水圧平衡の式である:
d p d z = − m p g R T {\displaystyle {\frac {dp}{dz}}=-{\frac {mpg}{RT}}}
ここで、 g は標準重力加速度、R は 気体定数、m は モル質量である。
これら二つの方程式を使って p を消去すると、乾燥断熱減率が求められる:
− d T d z = m g R γ − 1 γ = m g c p = 9.8 ∘ C / k m {\displaystyle -{\frac {dT}{dz}}={\frac {mg}{R}}{\frac {\gamma -1}{\gamma }}={\frac {mg}{c_{p}}}=9.8\ ^{\circ }\mathrm {C} /\mathrm {km} } .
実際の雲底は LCL と CCL の間のどこかになるであろう。
乾燥断熱減率と露点が高度と共に低くなる割合(つまり露点の減率)の差は、1,000 m あたり約 8 °C である。したがって、地上での気温と露点の差(湿数)が与えられれば、それに 125 m/°Cを掛けることにより簡単にLCLを求めることが出来る。
実際の大気環境の気温減率が湿潤断熱減率よりも小さい場合、その空気層は絶対安定である。この空気層の中で上昇した空気塊の気温は、周囲環境の気温よりも冷たい事になるので、浮力を失い、上昇できなくなる。夜間、地表付近の空気は冷やされるため、早朝の地上付近はしばしば絶対安定になっている。安定した空気層の中では雲は出来にくい。
大気環境の気温減率が湿潤断熱減率と乾燥断熱減率の間にある場合、その空気層は条件付不安定と呼ばれる。この空気層が未飽和であれば空気塊は十分な浮力を得られず、したがって鉛直方向に若干上昇しても下降しても安定している。しかし、もし空気塊が飽和していたら、この空気層は不安定である。したがって、LCL や CCL まで上昇して雲を作る場合もあるが、逆転層で上昇が止められる場合もある。