Lorsque nous montons du niveau du sol, nos oreilles sautent et il fait plus froid. La pression, la densité et la température de l’air diminuent. La température de l’atmosphère est la propriété la plus importante contrôlant sa structure.
L’air dans les premiers kilomètres de l’atmosphère, la troposphère, n’absorbe pas de manière significative le rayonnement solaire, mais il est réchauffé par contact avec le sol. L’air chauffé en surface se dilate à mesure qu’il se réchauffe, devient moins dense que l’air plus frais environnant et s’élève sous forme de bulles flottantes et turbulentes. C’est la convection et c’est le principal processus par lequel la troposphère se mélange et se réchauffe.
Bien que la convection remue et mélange la troposphère, plus elle est élevée, plus elle devient froide. Pourquoi?

Imaginez une bulle d’air isolée chauffée par le sol et se soulevant vers le haut. Au fur et à mesure qu’elle monte, la pression diminue et la bulle se dilate pour égaliser sa pression avec l’air qui l’entoure. Pour se dilater, la bulle doit exercer une force sur l’air environnant et l’éloigner. Le travail effectué nécessite de l’énergie et la seule source est l’énergie moléculaire interne ou la teneur en chaleur de l’air de la bulle. L’énergie interne diminue et la température, qui en est purement la mesure, diminue*.
La bulle va s’élever jusqu’à ce que sa température soit la même que celle de l’air environnant. Si nous visualisons l’atmosphère entièrement composée de telles bulles, nous voyons qu’elles monteraient et descendraient jusqu’à ce qu’un état d’équilibre naturel soit atteint où la température chute doucement avec l’augmentation de la hauteur **.
Si l’air n’était jamais chauffé par le rayonnement solaire, sa température continuerait à baisser au fur et à mesure que nous montons. Cependant, à une hauteur de ~ 12 km, un minimum de ~-55 °C est atteint, la tropopause ***. Au-dessus de cela, la température recommence à augmenter car l’air stratosphérique contient un absorbeur de lumière solaire, l’ozone.
Le minimum de tropopause agit comme une barrière ^ entre la troposphère et la stratosphère car le mélange et le transport de chaleur par convection ne peuvent se produire que lorsque la température diminue avec la hauteur. La troposphère – avec convection autorisée – est turbulente et bien mélangée. La stratosphère avec son augmentation de température avec la hauteur est stable, stratifiée en couches et relativement mal mélangée ^^.
Aux hautes latitudes, la température de la tropopause et de la stratosphère inférieure peut plonger jusqu’à ~-85 ° C pour fournir les conditions des PSC, des nuages stratosphériques polaires dont les nuages nacrés incroyablement brillants et colorés constituent un sous-ensemble.

	*	La température est une mesure de l’énergie interne moléculaire qui dérive du mouvement cinétique, de rotation et de vibration. plus le mouvement est énergique, plus la température est élevée.
	**	Le taux de chute est connu sous le nom de « taux de déchéance ». Sa valeur moyenne est de 6,5°C/km. Les taux réels dépendent de la température et de l’humidité. L’air humide à haute température peut avoir un taux de seulement 4 ° C / km.
	***	Le profil de température atmosphérique dépend de la latitude. La hauteur de la tropopause varie de ~ 16 km à l’équateur à seulement ~ 8 km aux pôles. Cela dépend également de la température du niveau de la mer et de la saison. Officiellement, la tropopause commence au niveau le plus bas lorsque le taux de déchéance tombe à 2 ° C / km.
	^	La tropopause n’est pas une barrière complète, elle fuit. Les tempêtes troposphériques fortement convectives transportent la vapeur d’eau à travers la tropopause. Il y a des ruptures dans la tropopause près des vents d’ouest du courant-jet permettant l’échange d’air stratosphérique et troposphérique.
	^^	Le mélange au-dessus de la tropopause est facilité par les ondes de gravité. Bien plus haut encore, la diffusion moléculaire devient importante.