環流是量度沿某閉合曲線的流體質點旋轉趨勢的一種物理量。在流體中任取一條閉合曲線l,將該曲線上各點速度的切向分量沿曲線積分一周,定義此積分為環流C。即:

式中<u、υ和w分別為對地球所作的相對運動的速度矢量νxyz方向的分量。沿逆時針方向積分時,環流C取正值,稱正環流,在水平面上它代表氣旋性環流;反之,C取負值,稱逆環流,在水平面上代表反氣旋性環流。在大氣動力學中,環流是一個重要的常用概念。一方面,因為大氣中經常有許多作旋轉運動的天氣系統(如氣旋、臺風等);另一方面,環流隨時間的變化對天氣預報有一定的意義。

  1897年,V.皮耶克尼斯提出瞭著名的環流定理:

這裡ω是地球自轉角速度,pρ分別為空氣的氣壓和密度,A是閉合曲線l在赤道平面上的投影所包圍的面積。上式右端第一項

為網絡管項(力管項),也稱斜壓項(見 斜壓大氣)。由斯托克斯定律,可以得到:

這裡S是曲線l所包圍的面積,而

是三維網絡管矢量,它表示斜壓性的強弱。如果在閉合曲線所包圍的面積內,網絡管的數目愈多,即大氣斜壓性愈強,那麼,環流的變化也就愈大。

  斜壓作用 計算下圖中沿閉合曲線E-F-G-H-E

值,可以看到,在線段 EFGH上, d p=0,對積分沒有貢獻;在線段 FG上, d p為負值,在線段 HE上, d p為正值,而在 FG線段上,大氣平均密度比線段HE上的為小。因此,沿整個閉合曲線的積分 取正值,即環流 C隨時間增加。這說明,斜壓(網絡管)的作用可以產生環流。如果起初大氣是靜止的,由斜壓作用產生的空氣旋轉運動,使等密度面發生旋轉,直至和等壓面平行。在這個旋轉過程中,密度大的空氣將向低氣壓方向流動,而密度小的空氣則向高氣壓方向流動。這樣,大氣中的勢能就轉變成大氣運動的動能。

  科裡奧利力的影響 在V.皮耶克尼斯環流定理中,

表達科裡奧利力的影響,它可以通過三種作用使環流C發生變化。① 由於水平輻合和輻散,使閉合曲線在赤道平面上的投影面積A發生變化;對於水平輻合, ,說明有氣旋性環流產生;對於水平輻散 ,說明有反氣旋性環流產生。②曲線所包圍的面積無水平的輻合和輻散,但改變其所在的緯度時,也可使 A發生變化:在北半球,若閉合曲線向赤道移動, A將減小,故有氣旋性環流生成;反之,則有反氣旋性環流生成。③如果曲線所包圍的面積既無輻合輻散,緯度也不改變,則鉛直速度水平梯度的存在,可以使環流圈發生傾斜,使 A隨時間變化,從而引起環流的變化。科裡奧利力的影響隻能使已有的環流發生改變,而不能產生環流。這一點同斜壓的作用不一樣。