大气环流在演变过程中既有形态的变化，也有强度、位置的变化。这些变化集中表现为随季节交替的年变化和与大型环流调整相联系的中短期变化。
（一）年变化
大气环流的基本状态决定于地表热力分布的特征，而地表热力状况在一年中具有明显的季节性变化，进而引起大气环流的季节交替。
在中高纬度，一年中环流状态的季节转换，一般是以西风带上槽脊的数量、结构形式和西风的强弱表现出来。从北半球500hPa多年平均流场来分析，1—4月（冬季）中高纬度西风带上有三个槽、三个脊，而且槽脊的位置和强度基本稳定，6—8月（夏季）西风带上原有的三个槽已变为四个比较浅的槽，因此冬季和夏季的环流形势比较稳定，且占全年相当长的时间，成为中高纬度高层大气环流的基本形态，并在一年中交替出现。环流在从冬季形态转变为夏季形态中，只通过短暂的春季环流（5月）过渡阶段。同样，从夏季环流形态转变为冬季环流形态时，也只经过秋季（9—10月）短促的过渡阶段。这种以一年为周期的环流形态的变化，称为环流的年变化（图4·43）。
对流层上层（200hPa）的纬向环流形势也有季节性转换，主要表现在高空急流的变换上。冬季时位于北纬30°附近的副热带急流非常明显，4月份开始减弱，5月底突然消失，同时在40°N以北出现中纬度急流；9—10月中纬度急流又突然消失，副热带急流又迅速建立。
（二）中短期变化
大气环流的中短期变化是由不同尺度的高空和低空天气系统的发生、发展和消亡过程所引起的。这种变化主要表现在西风带纬向环流和经向环流的相互转换上。纬向环流型，即500hPa上，环流比较平直，并在平直的西风带上多小槽、小脊，很少有大槽、大脊。经向环流型，即500hPa西风带上发展出深槽大脊，能引起强烈冷、暖空气活动。纬向型和经向型环流经常交替出现，其交替周期大约2—6周。这种交替演变规律一般用环流指数来表示。
环流指数分纬向环流指数（IZ）和经向环流指数（IM）两种。纬向环流指数又称西风指数，表示平均地转风速中西风分量的一个指标。可以定量地表述纬向环流的强弱，它是在所取范围（一般取35°—55°或45°—65°为南北范围，经度范围根据需要而定，可取自然天气区，也可取东半球或西半球，但范围不宜过大）各点上地转西风分量的总平均值。一般在500hPa等压面图上计算西风指数，我国经常使用亚洲地区的西风指数，所选范围是45°—65°N，60°—150°E，其计算公式为
式中Φ为位势高度，n为计算范围内所取点的数目，φ为纬度。计算西风指数的时间单位可以是季节，也可以是月、候。西风环流指数并不能完全反映出纬向、经向环流特征，比如经向环流明显、锋区很强时，西风指数可能很高；相反经向环流很弱，锋区也弱时，西风指数可能很低。因而需引进经向环流指数作为补充。
经向环流指数是用某一经度范围内，沿经圈上地转风的平均南北分量表示经向环流的一个指标。其计算公式为
式中λ为经度，△λ为沿纬圈上每个小区的固定距离。
西风指数的高低、振幅大小和演变特征，基本上能反映出环流形势的特征及其转换趋势。