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距离地面1~2 km以上的自由大气中，由于摩擦力对空气运动的影响可忽略不计， 只须考虑水平气压梯度力、水平地转偏向力和惯性离心力对空气运动的影响。
在自由大气中，由平直等压线所组成的气压场中， 假设处于静止状态的空气因受水平气压梯度力的作用，从高压向低压运动。 空气一开始运动，就同时产生了地转偏向力， 迫使空气运动方向不断向右（在北半球）偏转， 运动着的空气在水平气压梯度力的作用下，速度不断增大， 水平地转偏向力也随之不断增大，运动方向不断右偏， 直到地转偏向力增大到与水平气压梯度力大小相等， 方向相反时，空气在平衡力的作用下，就沿等压线做惯性等速直线运动，称为地转风。 地转风方向垂直于水平气压梯度力方向，且位于其右方。 因此得出地转风与水平气压场之间的如下关系： 北半球，在自由大气中，风平行于等压线吹，背风而立，高压在右， 低压在左，南半球则相反。这种关系称为风压定律。
在实际天气图上，等压线多是弯曲的。在自由大气中， 弯曲等压线的情况下，作用于水平运动空气的力， 除水平气压梯度力和水平地转偏向力外，还要受到惯性离心力的作用。 为了讨论简便，假设等压线为一组同心圆。在北半球低压系统中， 水平气压梯度力的方向自外缘指向中心，惯性离心力的方向自中心指向外缘， 水平地转偏向力的方向也是自中心指向外缘的。当水平地转偏向力和惯性离心力的合力， 与水平气压梯度力相平衡时，空气沿等压线做稳定的曲线运动。 因为北半球水平地转偏向力总是偏向空气运动的右方，所以低压系统中， 空气沿着等压线按反时针方向运动。南半球则相反。 在高压系统中，水平气压梯度力的方向自中心指向外缘，和惯性离心力的方向一致， 水平地转偏向力必定自外缘指向中心。当水平气压梯度力和惯性离心力的合力， 与水平地转偏向力相平衡时，北半球空气沿等压线做顺时针方向的稳定曲线运动， 而南半球相反。高空弯曲等压线的情况下，上述三力达到平衡时的风称为梯度风。 梯度风的风向仍然遵循风压定律，即北半球，在自由大气中， 风沿等压线吹，背风而立，高压在右，低压在左；南半球则相反。