Wenn wir vom Boden aufsteigen, knallen unsere Ohren und es wird kälter. Der Luftdruck, die Dichte und die Temperatur fallen. Die Temperatur der Atmosphäre ist die wichtigste Eigenschaft, die ihre Struktur steuert.Die Luft in den ersten Kilometern der Atmosphäre, der Troposphäre, absorbiert die Sonnenstrahlung nicht wesentlich, sondern wird durch Bodenkontakt erwärmt. Die oberflächenbeheizte Luft dehnt sich beim Erwärmen aus, wird weniger dicht als umgebende kühlere Luft und steigt als schwimmende und turbulente Blasen auf. Dies ist Konvektion und ist der Hauptprozess, durch den sich die Troposphäre mischt und erwärmt.Obwohl die Konvektion die Troposphäre rührt und vermischt, wird sie umso kälter, je höher sie ist. Warum?

Stellen Sie sich eine isolierte Luftblase vor, die vom Boden erhitzt wird und nach oben schaukelt. Wenn es ansteigt, fällt der Druck und so dehnt sich die Blase aus, um ihren Druck mit der Luft um sie herum auszugleichen. Um sich auszudehnen, muss die Blase eine Kraft auf die Umgebungsluft ausüben und sie wegbewegen. Die geleistete Arbeit erfordert Energie und die einzige Quelle ist die innere molekulare Energie oder der Wärmegehalt der Luftblase. Die innere Energie nimmt ab und die Temperatur, die rein das Maß dafür ist, fällt *.
Die Blase steigt auf, bis ihre Temperatur der Umgebungsluft entspricht. Wenn wir uns vorstellen, dass die Atmosphäre vollständig aus solchen Blasen besteht, sehen wir, dass sie auf- und absteigen, bis ein natürlicher Gleichgewichtszustand erreicht ist, in dem die Temperatur mit zunehmender Höhe sanft abfällt **.Wenn die Luft niemals durch Sonnenstrahlung erwärmt würde, würde ihre Temperatur beim Aufstieg weiter sinken. In einer Höhe von ~ 12 km wird jedoch ein Minimum von ~-55 ° C erreicht, die Tropopause ***. Darüber steigt die Temperatur wieder an, weil die stratosphärische Luft einen Sonnenlichtabsorber, Ozon, enthält.
Das Tropopausenminimum wirkt als Barriere ^ zwischen Troposphäre und Stratosphäre, da Vermischung und Wärmetransport durch Konvektion nur dann auftreten können, wenn die Temperatur mit der Höhe abnimmt. Die Troposphäre – mit Konvektion erlaubt – ist turbulent und gut gemischt. Die Stratosphäre mit ihrem Temperaturanstieg mit der Höhe ist stabil, in Schichten geschichtet und relativ schlecht gemischt ^^.In hohen Breitengraden können die Temperatur der Tropopause und der unteren Stratosphäre auf ~ -85 ° C sinken, um die Bedingungen für PSCs zu schaffen, polare stratosphärische Wolken, von denen die unglaublich hellen und farbenfrohen Perlmuttwolken eine Teilmenge sind.

	*	Die Temperatur ist ein Maß für die molekulare innere Energie, die sich aus kinetischer, rotatorischer und vibrationsbedingter Bewegung ergibt. je energischer die Bewegung, desto höher die Temperatur.
	**	Die Sturzrate wird als „lapse rate“ bezeichnet. Sein Mittelwert beträgt 6,5 ° C / km. Die tatsächlichen Raten hängen von Temperatur und Luftfeuchtigkeit ab. Hochtemperatur-feuchte Luft kann eine Rate von nur 4 ° C / km haben.
	***	Das atmosphärische Temperaturprofil ist breitengradabhängig. Die Tropopausenhöhe variiert von ~ 16 km am Äquator bis nur ~ 8 km an den Polen. Es hängt auch von der Temperatur und der Jahreszeit des Meeresspiegels ab. Offiziell beginnt die Tropopause auf dem niedrigsten Niveau, wenn die Lapsrate auf 2 ° C / km fällt.
	^	Die Tropopause ist keine vollständige Barriere, sie leckt. Stark konvektive troposphärische Stürme transportieren Wasserdampf über die Tropopause. Es gibt Pausen in der Tropopause in der Nähe von Jetstream-Westwinden, die den Austausch von stratosphärischer und troposphärischer Luft ermöglichen.
	^^	Das Mischen oberhalb der Tropopause wird durch Gravitationswellen unterstützt. Noch viel höher wird die molekulare Diffusion wichtig.