地形效應

在考慮地形效應之前，需先考慮幾件事情:
1. 山的樣貌，isolated mountain 或 long high mountain barrier ...等 
2. 入射氣流扮演的角色，風的強度與風向...等

在地形效應中，最基本的問題就是氣流是否會過山或繞山。
為了易於瞭解這種現象，先考慮山的高度 h，及氣塊抵達山丘的速度 v。

而定量描述這種物理現象的標準，則是透過 gravitational potential energy (PE) 以及 kinetic energy (KE)。

If KE/PE = 1 (KE equals PE), then the marble just makes it to the top of the hill.
If KE/PE > 1 (KE exceeds PE), it goes over the hill.
If KE/PE < 1 (KE is less than PE), it stops short of the top and rolls back down.

接著，把這樣的概念套用至大氣中:

對於靜力穩定大氣，需要找出一個量值，以描述將氣塊台生的恢復力，一般來說都是使用氣塊與環境溫度之間的差值，而Brunt-Väisälä頻率 (浮力頻率) 則是與溫度差值成正比，如下定義。

 Brunt-Väisälä頻率或浮力頻率:
是垂直位移的地塊在靜態穩定環境中振蕩的角頻率

因此，與前面的 KE / PE 比值一樣，在大氣中定義一種比值來描述氣流是否能越山，即 Froude number，如下定義:

由上所述， Froude number 的比值會有3種情況:

1.  Fr < 1  air is blocked by the mountain and must go around or be turned back
2. Fr > 1: the air makes it over the mountain
3. Fr = 1: the air parcel reaches the mountain top with zero velocity.

當風場被地形屏蔽時，通常是因為風速太弱或是大氣的高度分層(穩定)，由探空圖來看一下:

由上可以看明顯的沉降逆溫，風場也產生明顯的扭轉，這種現象一旦建立，不容易隨著時間改變。

當風場阻擋發生時，綜觀尺度中的地轉平衡即被破壞，如下圖。
試想一下，此時吹東風，高壓在左，低壓在右。此時，因為風速接近山脈而減弱，因此柯氏力項 ( fv ) 效果減弱，因此氣壓梯度力項變強，氣流會轉向氣壓低的地方。
接著，由於氣流轉向，使得風速更低，造成更多氣流轉向，更不可能越山。

發生氣流轉向時，有時會產生所謂的 barrier jet，即氣流平行於山脈座移動，當發生 barrier jet 時，猶如多了一個穩定層於近地面，導致中層氣流能輕易地越山，如下圖:

而我們可以定義出一種量值，來描述多遠的氣流會被阻擋，如下: