在旋轉球上的流體（如大氣和海洋），存在一類沿著地形邊界傳播或者沿赤道傳播的大尺度重力波動，稱為開爾文波，它受科氏力影響。
開爾文波的特點是單向傳播及非彌散性。也就是說，波峰的相速度與波能的群速度在所有頻率時均相等，這意味著它在沿岸方向能始終保持原有的形狀。在北半球，開爾文波沿西邊界向赤道傳播或沿東邊界向極地傳播，或者沿封閉邊界逆時針旋轉傳播；在南半球則順時針旋轉傳播；在赤道處，開爾文波總是向東傳播。
大氣及大洋的赤道開爾文波均會將西邊界中的擾動傳至東太平洋，這種作用在厄爾尼諾-南方濤動的動力條件中扮演重要角色。
一般來說，判斷厄爾尼諾現象是否出現，主要看是否有很強的西風產生與爆發，而連續的西風爆發事件會激發一系列開爾文波，使暖水異常向東移動，形成中東太平洋的暖海溫。因此，西邊界暖水異常及開爾文波被視作厄爾尼諾發生的前兆。
正常條件下，赤道太平洋的東風會令海水在赤道西太平洋堆積，但西風爆發會減弱這一向西的輸送，將暖水推向太平洋中部或者東部，促使當地的海水溫度上升。而且，信風減弱會使得赤道西太平洋堆積的海水向東傾斜，迫使東西太平洋的斜溫層（海水溫度有明顯差別的層面）變平。於是，這種過程會使整個降水區域向東移。
降水區的移動，導致原本擁有豐富降水的澳洲北部及印尼一帶發生乾旱，另一方面卻又會為原本比較乾旱的南美洲西部帶來大量雨水，導致秘魯及厄瓜多爾一帶出現水災，山洪暴發，即發生厄爾尼諾現象。
不過，影響厄爾尼諾的原因錯綜複雜，單憑開爾文波似乎無法對厄爾尼諾進行準確預測——2014年年初出現的一次強烈的海洋開爾文波，使得當時國際上多家模式和預報中心都認為會有一次相當強的厄爾尼諾事件發生，甚至有科學家認為這會改變整個太平洋地區海表溫度的年代際模態。不過，科學家沒有預料到當時只是一次孤立的強開爾文波信號，再沒有後續強信號，因此大部分預測模式都高估了來年厄爾尼諾的強度。
這次厄爾尼諾和西風爆發的關係也再一次證明了開爾文波和熱帶太平洋年際異常的動力和熱力關係。可以肯定的是，深入研究開爾文波對厄爾尼諾的激發與影響機理，有助於提高厄爾尼諾定量和概率預報準確率。
目前已有的研究發現開爾文波不僅存在地域差異，而且在週期上具有可分性。開爾文波分為海岸開爾文波和赤道開爾文波兩種基本類型。在固定水深的成層大洋中，自由波沿海岸邊界以尺度為30千米的開爾文內波形式傳播，這種波動稱為海岸開爾文波；在赤道附近，由於赤道帶的波導管作用，開爾文波被限制在赤道附近，並且向東傳播而不發生彌散，定義為赤道開爾文波，而且赤道開爾文波會導致熱帶海洋出現一些異常現象，如風壓異常、海洋20℃等溫線和混合層等。 但這兩種波存在一定聯繫，當赤道開爾文波撞擊“東部邊界”，部分能量以羅斯貝波及重力波的形式反射回去，剩餘部分能量則以海岸開爾文波的形式向兩極傳輸。此過程表明，開爾文波在赤道區域傳輸過程中將損失部分能量，且有部分能量將傳輸至兩極區域。
根據週期的不同，也可以把開爾文波分為三類：開爾文慢波（週期大概為10~20天）、快速開爾文波（週期大概為6~10天）、超快速開爾文波（週期大概為3~6天）。
這其中，由於超快速開爾文波具有較短週期和相對較長的垂直波長，其在傳播過程中耗散較少，能夠到達中間層頂、低熱層甚至更高的高度。這也使得超快速開爾文波對於中性大氣和電離層的耦合非常重要，進而影響空間天氣。超快速開爾文波常年都會發生，頻率約為20~60天。研究發現，中間層頂的超快速開爾文波調製了日落時分的粒子垂直漂移，進而對電離層進行調製。數值模擬表明，超快速開爾文波在350千米高度處能夠引起10%的中性密度波動。
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