Mentre saliamo dal livello del suolo le nostre orecchie pop e diventa più freddo. La pressione dell’aria, la densità e la temperatura cadono. La temperatura dell’atmosfera è la proprietà più importante che controlla la sua struttura.
L’aria nelle prime miglia dell’atmosfera, la troposfera, non assorbe in modo significativo la radiazione solare, ma viene riscaldata dal contatto con il suolo. L’aria riscaldata in superficie si espande mentre si scalda, diventa meno densa dell’aria più fredda circostante e sale come bolle fluttuanti e turbolente. Questa è la convezione ed è il processo principale mediante il quale la troposfera si mescola e riscalda.
Sebbene la convezione agiti e mescoli la troposfera, più è alta più diventa fredda. Perché?

Immaginate una bolla isolata dell’aria riscaldata dal terreno e si muovono verso l’alto. Mentre sale la pressione cade e così la bolla si espande per equalizzare la sua pressione con l’aria intorno ad essa. Per espandersi, la bolla deve esercitare una forza sull’aria circostante e allontanarla. Il lavoro svolto richiede energia e l’unica fonte è l’energia molecolare interna o il contenuto di calore dell’aria della bolla. L’energia interna diminuisce e la temperatura, che è puramente la misura di esso, cade*.
La bolla salirà fino a quando la sua temperatura è la stessa dell’aria circostante. Se visualizziamo l’atmosfera come composta interamente da tali bolle, vediamo che si alzano e scendono fino a raggiungere uno stato di equilibrio naturale in cui la temperatura scende dolcemente con l’aumentare dell’altezza**.
Se l’aria non fosse mai riscaldata dalla radiazione solare, la sua temperatura continuerebbe a scendere man mano che saliamo. Tuttavia, ad un’altezza di ~12 km si raggiunge un minimo di ~-55°C, la tropopausa***. Sopra che la temperatura inizia ad aumentare di nuovo perché l’aria stratosferica contiene un assorbitore di luce solare, ozono.
Il minimo della tropopausa funge da barriera^ tra la troposfera e la stratosfera perché la miscelazione e il trasporto di calore per convezione possono verificarsi solo quando la temperatura diminuisce con l’altezza. La troposfera – con convezione consentita-è turbolenta e ben miscelata. La stratosfera con il suo aumento di temperatura con l’altezza è stabile, stratificata in strati e relativamente scarsamente miscelata^^.
Alle alte latitudini la tropopausa e la bassa temperatura della stratosfera possono precipitare a ~ -85°C per fornire le condizioni per PSC, nubi stratosferiche polari di cui le nuvole madreperlacee incredibilmente luminose e colorate sono un sottoinsieme.

	*	La temperatura è una misura dell’energia interna molecolare che deriva dal movimento cinetico, rotazionale e vibratorio. più energico è il movimento, maggiore è la temperatura.
	**	Il tasso di caduta è noto come ‘tasso di lapse. Il suo valore medio è di 6,5°C / km. I tassi effettivi dipendono dalla temperatura e dall’umidità. L’aria umida ad alta temperatura può avere una velocità di soli 4°C / km.
	* * *	Il profilo della temperatura atmosferica dipende dalla latitudine. L’altezza della tropopausa varia da ~16 km all’equatore a soli ~8 km ai poli. Dipende anche dalla temperatura del livello del mare e dalla stagione. Ufficialmente la tropopausa inizia al livello più basso quando il tasso di intervallo scende a 2°C / km.
	^	La tropopausa non è una barriera completa, perde. Tempeste troposferiche fortemente convettive trasportano il vapore acqueo attraverso la tropopausa. Ci sono interruzioni nella tropopausa vicino a correnti a getto occidentali che consentono l’interscambio di aria stratosferica e troposferica.
	^^	La miscelazione sopra la tropopausa è aiutata dalle onde gravitazionali. Molto più alto ancora, la diffusione molecolare diventa importante.