当大气处于静力平衡的状态时,一个气块受到的空气浮力和自身重力相等,则会在垂直方向上处于一个平衡位置;当受到外力(动力或热力)的作用,就会使气块偏离平衡位置产生向上或向下的垂直运动;这种偏离平衡位置的垂直运动能否继续发展,是由大气温度和湿度的垂直分布所决定的。
大气所具有的这种影响垂直运动的特征称为大气的静力稳定度,也称层结稳定度。数学定义运用数学的方式,计算式推导如下:气块的垂直加速度等于其所受浮力和重力的和,即①由于静力平衡,有②将②代入①,可得气块垂直加速度与内外密度差的关系③式中 w——垂直运动加速度;ρ——气块密度;ρ1——环境空气密度;P ——空气压强;g ——重力加速度;B ——净的阿基米德浮力。根据判据B,可以得知气块的运动趋势:B>0,表示加速度为正,即气块上升到新位置之后,由于密度比空气密度小,将继续上升;B<0,表示加速度为负,即气块上升到新位置之后,由于密度比空气密度大,将下降;B=0,表示加速度等于零,气块静止不动。