大氣的各種運動狀態,可以看成是基本氣流和各種不同尺度的擾動(波動)疊加的結果。疊加在緯向的帶狀基本氣流(ū)上的擾動,有三種可能的變化:①隨時間而增強(發展),按氣象界的習慣,稱為不穩定;②基本上保持原有的強度,即所謂穩定或中性;③隨時間而衰減,即所謂阻尼。通常,稱波的不穩定性為動力不穩定。擾動發展,必須供給能量,根據能源的不同,可將動力不穩定區分為正壓不穩定和斜壓不穩定兩種。

  正壓不穩定 若視大氣為正壓大氣,則基本氣流隻能有水平切變。假定基本氣流(ū)主要在南北方向有切變,即ū=ū(у),在一定的條件下,這樣具有南北切變的緯向氣流中擾動可能是不穩定的。因為正壓大氣不能釋放全勢能,所以,引起擾動不穩定發展的能量,隻能來自其平均動能(見大氣能量)。具有這一特征的擾動的不穩定發展,稱為正壓不穩定。郭曉嵐(1949)最早研究瞭行星波(即長波)的正壓不穩定,得到瞭正壓不穩定的必要條件:在流場內至少有一點滿足

其中β為羅斯比參數(見大氣波動)。這一條件表明,隻有在基本氣流的流場中絕對渦度(見大氣動力方程)有極大值或極小值時,擾動才有可能發展。

  斜壓不穩定 在斜壓大氣中,引起動力不穩定的能量,主要來自基本氣流的全勢能,在擾動發展過程中全勢能將轉換成擾動的動能。這種擾動的不穩定發展,稱為斜壓不穩定。最早註意到斜壓大氣中行星波的動力不穩定的,是中國氣象學傢趙九章。後來美國科學傢J.G.查尼和氣象學傢E.T.伊迪對斜壓不穩定進行瞭深入的研究,提出瞭比較符合實際大氣情況的斜壓不穩定理論。他們的理論結果表明,當行星波的波長大於臨界波長時,波動將是不穩定的,而臨界波長隨著靜力穩定程度(見大氣靜力穩定度)的增加而增加,在中緯度對流層的典型條件下,臨界波長約為3000公裡。此外,波動的增長率和大氣的斜壓性有關,斜壓性愈強波動增強得愈快。

  行星波的斜壓不穩定對於瞭解天氣系統的發展有很重要的意義,是近代動力氣象學中的一個重大發現。