如上所述，环流因子在气候形成中起着重要作用。当环流形势在某些年份出现异常变化时，就会直接影响某些时期内的天气和气候，出现异常。近年来频繁出现的厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）就是一个显著的实例。
厄尔尼诺一词源出于西班牙文“El Nino”，原意是“圣婴”。最初用来表示在有的年份圣诞节前后，沿南美秘鲁和厄瓜多尔附近太平洋海岸出现的一支暖洋流，后来科学上用此词表示在南美西海岸（秘鲁和厄瓜多尔附近）延伸至赤道东太平洋向西至日界线（180°）附近的海面温度异常增暖现象。
在常年，此区域东向信风盛行，在平均风速下，沿赤道太平洋海平面高度呈西高东低的形势。西太平洋斜温层深度约200m，东太平洋仅50m左右，这种结构与西暖东冷的平均海温分布相适应（图6·17a）。但是在东风异常加强的情况下（图6·17b），赤道表面东风应力把表层暖水向西太平洋输送，在西太平洋堆积，那里的海平面就不断抬升，积累大量位能，斜温层加深。而东太平洋在离岸风的作用下，表层海水产生强的离岸漂流，造成这里持续的海水质量辐散，海平面降低，次层冷海水上翻，导致这里成为更冷的冷水带。此冷水带有丰富的营养盐分，使得浮游生物大量繁殖，为鱼类提供充足的饵料，鱼类又为鸟类提供丰盛的食物，所以这里鸟类甚多，鸟粪堆积甚厚，成为当地一项重要资源。在冷水带上，气温高于水温，空气层结稳定，对流不易发展，雨量偏少，气候干旱。可是每隔数年，东向信风发生张驰（即减弱），此处的冷水上翻现象消失，并使西太平洋原先积累的位能释放，表层暖水向东回流，导致赤道东太平洋海平面升高，海面水温增暖，秘鲁、厄瓜多尔沿岸由冷洋流转变为暖洋流，海水温度出现正距平（图6·17c），下层海水中的无机盐类不再涌向海面，导致当地的浮游生物和鱼类大量死亡，大批鸟类亦因饥饿而死，形成一种严重灾害，与此同时，原来的干旱气候突然转变为多雨气候，甚至造成洪水泛滥，这就称为厄尔尼诺事件。
图6·17赤道太平洋热结构对海面风场变化的响应
a.平均状况 b.强信风 c.信风张驰
与厄尔尼诺事件密切相关的环流还有南方涛动（Southern Oscillation，简作SO）、沃克（Walker）环流和哈德莱（Hadley）环流。南方涛动是指南太平洋副热带高压与印度洋赤道低压这两大活动中心之间气压变化的负相关关系。即南太平洋副热带高压比常年增高（降低）时，印度洋赤道低压就比常年降低（增高），两者气压变化有“跷跷板”现象，称之为涛动。为了定量地表示涛动振幅的大小，不少学者采用南太平洋塔希堤岛（143°05'W，17°53'S）的海平面气压（代表南太平洋副热带高压）与同时期澳大利亚北部的达尔文港（130°59'E，12°20'S）的海平面气压（代表印度洋赤道低压）差值，经过一定的数学处理来计算南方涛动指数（SOI），将历年赤道东太平洋海面水温SST（指在纬度0°—10°S，经度180°W向东至90°W）与同时期南方涛动指数SOI进行对比，发现厄尔尼诺/南方涛动（合称为ENSO）事件的主要特征是当赤道东太平洋海水温度（SST）出现异常高位相（增暖）时，南方涛动指数SOI却出现异常低位相（塔希堤岛气压与达尔文气压差值减小）。图6·18给出1870—1990年的SST（0°—10°S，90°—180°W）与SOI的年平均距平曲线，为了便于比较，图中SOI的坐标向上为负，以适应两者的负相关。关于赤道东太平洋海水温度SST达到怎样的正距平，才算厄尔尼诺出现，目前尚无公认的统一标准，但大体上连续三个月SST正距平在0.5℃以上或其季距平达到0.5℃以上，即可认为出现一次厄尔尼诺事件，达到上述数值的负距平时，则为反厄尔尼诺事件。
厄尔尼诺/南方涛动现象是低纬度海气相互作用的强信号，近年观测研究表明，在低纬度太平洋上不仅在南半球存在着以180°日界线为零线的东西气压的反相振荡，在北太平洋亦有类似的振荡称为“北方涛动”（其强度比南方涛动小），可总称为“低纬度涛动”。它是由两种基本状态和其间的过渡状态所组成（图6·19）。在涛动的低指数时期（图6·19a），赤道低气压主体减弱，但前端向东伸展，此时南、北太平洋上副热带高压减弱，并向较高纬度移动，其结果必然导致信风减弱，赤道西风发展，在这样的大气环流条件下，有利于赤道西太平洋暖水的向东扩展和输送，同时赤道东太平洋冷水上翻的现象亦相应减弱乃至停止，造成中、东太平洋海面水温升高，出现厄尔尼诺事件。在海面高水温作用下，低层大气湿度加大，湿不稳定得以发展，因此沃克环流发生变化，其上升分支向东移，西太平洋对流减弱，中、东太平洋对流发展。原先的赤道太平洋干旱带变为多雨带，印度洋和西太平洋的雨量却大为减少。
在低纬度涛动的高指数时期，情况完全相反（图6·19c），南北太平洋副高加强且向赤道靠拢，赤道低压主体加强，但其东端西撤，由于经向气压梯度大，必然导致信风加强。在强离岸风作用下，赤道东太平洋海水上翻现象强烈发展，且向西平流，造成大范围海面降温，低层大气变干，层结稳定，赤道主要对流区萎缩在西太平洋，沃克环流上升分支西移，东太平洋又出现少雨气候。
这两种状态之间的转换主要通过副热带高压强度和位置变化这个重要环节。
如图6·19b所示，在低纬度涛动低指数时期，在海面温度增暖作用下，副热带与赤道间海水温度的经向差别增大，必然导致哈德莱环流加强，这个加强环流的下沉分支，将产生副热带高压由弱变强的趋势。这种过程发展到一定程度时，将出现南方涛动（低纬度涛动）由低指数向高指数转变。同样在高指数时期，低的赤道水温又使海面经向温度梯度变小，促使哈德莱环流减弱，从而使副热带高压减弱，产生由高指数向低指数的转变（图6·19d），实现整个过程转变所需要的时间，即南方涛动（低纬度涛动）的平均周期，约为40个月左右。近百年来出现的ENSO主要振荡周期在2—7年内变化，峰值为4年左右。
图6·19低纬度涛动的物理图解
a低指数时期b由a向c过渡时期，c高指数时期，d由c向a过渡时期(图中“-”示降压，“+”示增压)
由以上分析可见，所谓ENSO现象，并不是哪一个半球的行为，而是两半球大气环流作用下，低纬度大气-海洋相互作用的现象，其形成原因尚有待于进一步的研究。
厄尔尼诺对气候的影响以环赤道太平洋地区最为显著。在厄尔尼诺年，印度尼西亚、澳大利亚、印度次大陆和巴西东北部均出现干旱，而从赤道中太平洋到南美西岸则多雨。许多观测事实还证明，厄尔尼诺事件通过海气作用的遥相关，还对相当远的地区，甚至对北半球中高纬度的环流变化亦有一定的影响。据研究当厄尔尼诺出现时，将促使日本列岛及我国东北地区夏季发生持续低温，并在有的年份使我国大部分地区的降水有偏少的趋势。