地球大气系统吸收太阳辐射和地表放出的长波辐射而使气候系统具有能量循环和变化，同时辐射能量的形式会发生转换而形成非辐射形式的能量，又由于大气层的质量、地球重力作用、温度和密度的差异而形成大气的运动，因此大气层就具有了与大气物理状况和运动有关的各种能量形式，各种能量形式在大气运动过程中发生转换而形成各种天气气候现象和过程。

地球大气系统吸收太阳辐射和地表放出的长波辐射而使气候系统具有能量循环和变化，同时辐射能量的形式会发生转换而形成非辐射形式的能量，又由于大气层的质量、地球重力作用、温度和密度的差异而形成大气的运动，因此大气层就具有了与大气物理状况和运动有关的各种能量形式，各种能量形式在大气运动过程中发生转换而形成各种天气气候现象和过程，叫做能量循环。因此，大气能量循环在气候研究中具有重要意义。

根据物理学基本概念，大气中的能量可以分为内能、位能、潜热能和动能等，其中内能与位能之和又称为总位能。

表征大气热状况。

大气质量单元在某一海拔高度所具有的位势能。

水的相变所引起的可能能量变化。

内能与位能之和。

大气微元（单位大气质量）因运动所具有的能量。

不同于全球大气的能量循环研究，在半球大气中，有必要考虑赤道边界的能量流动过程。Peixotoand Oort（1974）、Oort and Peixoto（1974）指出，对于大气能量的年循环而言，在忽略水汽输送的情况下，北半球可以看作是一个孤立的闭合系统，即赤道边界的能量流动过程可以忽略; 但对于季节以及逐月的能量循环过程，尤其是在冬夏月份，北半球是一个开放的系统，其边界上纬向平均有效位能的交换相较于整个半球的能量收支非常重要。

（1）大气能量循环具有明显的年变化特征。大气能量及其转换过程的年变化几乎同位相，均是冬季高、夏季低，全年呈一次很明显的波动。纬向平均有效位能的振幅明显大于其他三种形式能量的振幅。能量转化过程中C （PM，PE ）具有最大的年变化值。能量的越赤道交换过程主要表现为纬向平均有效位能在南北半球间的交换，其振幅与 （PM ，PE ）相当。PM 、KM和KE越赤道交换过程的年变化大致相同，冬季时能量由南半球向北半球输送，夏季则反之; 而PE越赤道交换过程的年变化特征与此相反。纬向平均有效位能的制造率在秋季时最大，这可能是由于在该季节降水与温度之间的纬度相关性较高； 涡动有效位能的制造率在夏季最大，说明夏季的潜热释放过程最为强烈; 纬向平均动能和涡动动能的耗散过程年变化特征相同，也是冬季高，夏季低，春秋季节处于过渡阶段，这与大气环流的强弱程度有关。

（2）月平均大气能量循环的年平均结果表明，与能量间的转化率相比，能量越赤道交换过程非常微弱。能量转换过程一般是从纬向平均有效位能开始，通过涡动，有效位能转换成涡动动能，最后转换为纬向平均动能。

（3）年平均情况下，PE 主要分布于高纬地区，在35°N附近具有最小值，接近于零;PE在中高纬地区具有较大贮存，在赤道地区贮存最小；KM随纬度的分布型与PM 正好相反，即在35°N附近具有最大值，而在赤道和高纬地区具有最小值；KE随纬度的分布与PE类似，在中纬和高纬地区的贮存较大。转化项C（PM ，PE ）在中纬度地区最为活跃，转化率达最 大，在 低 纬 地 区 这 一 转 化 过 程 非 常 微 弱；C（ PE，KE）在整个北半球都很活跃，只有在极地附近减弱明显， （KE，KM）主要发生在中低纬地区，高纬地区几乎无转化； （PM ，KM)）反映的是三圈环流的贡献，主要取决于低纬直接环流和中纬间接环流的相对强度，至于高纬的直接环流非常微弱，贡献很小。冬季和夏季的情况与此类似，主要在数值上有所差异。

要说明的是，由能量循环年变化的研究结果表明，大气环流的能量循环过程是非常复杂的。在半球际的能量交换过程中，是何种原因导致了B（PM ）较大，目前除了平均经圈环流( 主要是Hadley环流)的作用外，其他尚不清楚; 另外，能量循环的年际、年代际变化如何，以及与全球增暖的关系如何，仍需作进一步研究。

（1）由于太阳辐射的纬度差异，低纬辐射加热和高纬辐射冷却，形成了基本气流的有效势能；

（2）通过中纬度的斜压经向扰动（温度槽落后与流场槽）对感热的输送，使得基本气流的有效势能转换为扰动有效势能；

（3）通过中纬度斜压经向扰动形成的暖空气上升和冷空气下沉，使得扰动有效势能转换为扰动动能；

（4）通过中纬度罗斯贝波的螺旋结构对西风动量的输送，使得扰动动能转换为基本气流的动能；

（5）平均经圈环流（哈得莱环流和费雷尔环流）的净作用使得基本气流的动能转换为基本气流的有效势能；

（6）基本气流的动能和扰动动能都由于摩擦而消耗；

（7）年平均而言，北半球有少量能量注入南半球。