一、大气运动的尺度特征
大气运动的范围称之为“尺度”，大气的运动是十分复杂的，从分子运动到湍涡，从小涡旋到尘暴，从龙卷风到单个积云，从台风到气旋、反气旋，直到与地球半径尺度相似的行星波。其运动的水平尺度，从分子的平均自由程(10-7m)到行星波波长(107m)相差悬殊。通常把有天气意义的大气运动，按其水平尺度而粗略地分为：大尺度系统，包括大气长波、大型气旋、反气旋，其水平尺度可达数千千米；中尺度系统，包括小型气旋、反气旋、热带风暴，水平尺度数百千米；小尺度系统，包括小型涡旋，雷暴等，水平尺度几十千米；微尺度系统，包括积云、浓积云，水平尺度几千米。
通常，大气运动的水平尺度越大，生命史越长，铅直速度越小；水平尺度越小，生命史越短，铅直速度越大。
主要按水平尺度分类的各尺度大气运动的基本特征，列于表8—1中，其中包括水平尺度(L)、垂直尺度(H)、水平速度(U)、垂直速度(W)和生命史(τ)。
表8-1大气运动分类及特征量
必须指出，在旋转地球上，大气运动必定受到地转偏向力(科氏力)的影响，水平尺度越大，科氏力的影响越重要，而水平尺度只有数千米或更小尺度的运动(例如小尺度和微小尺度系统)可以忽略科氏力的影响。中尺度、大尺度运动的铅直运动很小，都很好地满足静力平衡。
二、自由大气的地转平衡运动
在1～1.5km以上的大气中，摩擦力很小，可以忽略不计，通常称为自由大气。气压场在水平方向是不均匀的，虽然水平气压梯度的量值远小于铅直方向，但其对于大气水平运动是决定性的推动力；考虑到大尺度运动普遍满足静力平衡，因此可视大尺度运动基本上是水平的；u、v的典型数值为10m/s，其随时间变化很小可视为一种定常运动。这样，在自由大气中，大尺度水平运动基本上是在水平气压梯度力和科氏力相平衡的条件下维持的地转平衡运动，在北半球，科氏力在运动的右方(图8-5)。
地转平衡的矢量数学表达式为
Vg为地转风。(8-9)式写成分量形式为
于是地转风的ug、vg分量可以写成
地转风Vg和水平气压梯度垂直，即沿水平面上等压线吹。在北半球背风而立，高压在右低压在左(图8-5)；在南半球则相反，背风而立，低压在右，高压在左。
地转风是严格的平衡运动，空气质点的速率和方向都不变，即等压线必须是直线。在自由大气中可视地转风为实际风的一种良好近似。但是在等压线弯曲的地区这种近似误差较大。
在赤道上由于科氏力为零，地转关系不成立。当空气接近地面运动时，由于摩擦力的存在，这时的风不是地转风，而有加速度，于是便会出现非平衡运动。