Почему на вершинах гор холоднее?

Давление воздуха на вершине горы Фудзи (высота — 3782 м) составляет 2/3 от атмосферного давления над уровнем моря. 

В низменностях атмосфера имеет большую плотность. На возвышенностях она более разрежена, и давление воздуха здесь ниже. Поднимающийся вверх воздух, нагретый излучением от поверхности, увеличивается в объеме и охлаждается при попадании его в область низкого атмосферного давления — этот процесс известен как адиабатное охлаждение.

Обычно воздух охлаждается примерно на 10 °С с каждыми 1000 м высоты. На вершине горы высотой 2000 м воздух примерно на 20 °С холоднее, чем над уровнем моря. Когда в восходящий поток воздуха попадают облака, то степень его охлаждения будет на половину меньше, чем у безоблачной воздушной массы. В среднем для всей тропосферы температура уменьшается примерно на 7 °С с каждыми 1000 м высоты.

Выше — значит холоднее

Солнечное излучение проходит через атмосферу, нагревая поверхность Земли. Затем инфракрасное излучение от поверхности нагревает нижний слой атмосферы. Как показано на рисунке, слой С нагревается теплом с поверхности, а затем излучает свое тепло как вверх, так и вниз. Следующий за ним слой В нагревается теплом, выделяемым слоем С. В свою очередь слой В выделяет тепло, нагревая атмосферу над собой и под собой.

Но при этом часть тепла теряется, и верхние слои получают лишь малую его часть. Так как на большой высоте атмосфера более разрежена, то поднимающийся воздух охлаждается и увеличивается в объеме (так называемое адиабатное охлаждение). 

В течение дня температура на равнине колеблется сильнее, чем на вершине горы. В январе температура на равнине изменяется в среднем на 10 °С. При подъеме в гору амплитуда колебаний температуры падает до 6 °С. На вершине горы температура изменяется только на 1 °С.

Направление нагревания

График на рисунке справа показывает изменения температуры от поверхности до высоты примерно 50 км. На верхней границе тропосферы, которая называется тропопаузой (примерно в 12 км над уровнем поверхности), температура начинает расти. В стратосферу дополнительное тепло привносит озоновый слой. Он поглощает вредное ультрафиолетовое излучение солнца, и энергия ультрафиолетовых лучей при этом нагревает стратосферу.