在30°附近下沉的空气，在北半球低层分别向南流(向赤道)和向北流(向极地)。向南流的空气受地转偏向力的作用向右偏转，成为东北气流，因为这支风系很稳定，称为东北信风。相应的在南半球低层流向赤道的气流，称为东南信风。两支信风在赤道地区辐合上升，这样在赤道和南、北纬30°附近之间各形成一个热力环流圈，即范围缩小的热带Hadley环流圈(信风环流圈)。两支信风的辐合地带，称为热带辐合带或赤道辐合带(ITCZ, Intertropical Convergence Zone)。北半球低层另一支向北流向极地的空气，向右偏转成为中纬度的西南气流，当流动到副极地地区时，与极地冷却下沉向南流动的东北气流相遇，由于这两支气流性质不同，一支是暖湿的西南气流，一支是干冷的东北气流，两者之间形成锋面，即极锋。沿极锋滑升的暖空气，到高空后又向南北分流。向北的一支流向极地，冷却下沉以补充极地低层向南流失的空气。这样在高纬地区也构成一个正的环流圈，通常称为极地环流(极地Hadley环流圈)。在极锋上空向南流动的一支，在副热带地区也形成一个环流圈，其方向与前两个Hadley环流圈相反，故称前两个为直接环流，后者称为间接环流，也称为中纬度环流或Ferrel环流圈。在南半球有相对应的相同情况出现。由此可见，在地球自转影响下，在南北半球各形成了三个环流圈，以Hadley环流圈最强，Ferrel环流圈最弱。

    随着三圈环流的建立，地面和高空流场也有相应的三条风带，在地面流场上，为高纬东北风带、低纬东北信风带和中纬西风带；在高空流场上，低纬和高纬地区都是西风带，其间中纬度地区应为一个弱的由东北气流构成的东风带。值得注意的是，自从40年代以来，大量的观测都表明中纬度高空，如同地面流场一样为西风带，而三圈环流理论模型得出的中纬度高空东风带的建立是与实际观测相矛盾的，因此三圈环流模型是有缺陷的。

    事实上在整个高空流场上，都应是西风占主导风向。特别是在高纬西风带中，可以发现位于极锋上空的最大风速大于30m/s的中心轴，称为极锋西风急流。副热带地区对流层的中、下层由于下沉气流很强而没有锋面存在，但对流层上部锋区特别明显，称为副热带锋区，与之对应的为副热带西风急流。因此，高低空基本上是呈带状的气流。在自转的地球上，这种带状气流是不稳定的，常常产生扰动，故带状气流常呈波状，西南气流与西北气流交替出现，南北之间不同温度的空气进行热量和动量的交换。

    2．三圈环流的理论解释

    为了进一步地说明问题，我们从大气闭合方程组出发，分析经圈环流形成和经向传输的原因。为此，将大气的闭合方程组略加变形以便分析。为简单起见，考虑大气方程组定义在(x，y，z)坐标系下，并忽略方程中的摩擦项，以便突出非绝热项的作用。如果把静止大气的状态作为大气的背景状态(p0(z)，p0(z)，T0(z)，同时，u0＝0，v0＝0，w0=0)，由于某种原因产生一个偏差p，ρ，T，同时伴有运动u，v，w。相应的大气的闭合方程组为

    (3.22)

    这里Q是我们已经论述过的非绝热项。以北半球为例，沿向极运动

    平均值(即纬向平均)，则(3.22)式中的静力平衡关系和连续方程的纬向平均表达式为

    (3.23)

    (3.24)

    相对于纬向平均的扰动(次尺度涡动)，例如v*=v-[v]，则(3.22)式中的y方向运动方程纬向平均表达式为

    (3.25)

    根据尺度分析，上式简化成

    (3.26)

    这是大气环流满足的地转风关系。将(3.23)式代入(3.26)式即得到热成风关系

    (3.27)

    的增加，纬向平均风随高度越来越偏西。

    类似地，(3.22)式中的其余两个方程的纬向平均表达式为

    (3.28)

    考虑，(3.28)式可简化为

    (3.29)

    利用热成风公式(3.27)代入(3.29)式中的第一式，并对(3.29)

    (3.30)

    公式(3.30)的左边二项的符号代表经向环流的方向。例如考虑北半球的情况，[w]沿北方向递减，同时[v]向高层方向递增，如图3.20a所示，构成直接环流圈，即Hadley环流圈，这等同于(3.30)式的左边二项的符号都为负号；相反地，若为正号，构成间接环流圈，即Ferrel环流圈(如图3.20b)。(3.30)式的右边三项代表决定经向环流方向的影响因子。在热带地区，由于远离中纬度涡动活跃区域，因此主要影响因

    负，形成直接环流圈。这说明Hadley环流确实是热力驱动环流圈。在30°N纬度，天气系统造成的涡动最活跃，(3.30)式的右边的涡动项[v*T*]，[u*v*]是主要影响因子。当温度距平T*＞0时，一般总是v*＞0，这是因为净热通量一定指向北：而温度距平T*＜0时，总有v*＜0，可见[v*T*]＞0。又因为中纬度是涡动最活跃区域，[v*T*]在中纬度达到极

    西风急流，而西风急流的维持，从涡动贡献的角度看，从急流的南边当v*＞0，必须有u*＞0；从急流的北边当v*＜0，也必须有u*＞0。可

    (3.30)式右边的涡动项的作用最终超过热力项，导致间接环流圈的形成。因此Ferrel环流圈的形成和维持主要是由于天气尺度涡动的作用。