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Per ogni 100 metri di aumento di quota, la temperatura dell’aria diminuisce in media di 0,65 °C. Nel caso in cui l'aria dovesse essere molto secca, per esempio durante una situazione di alta pressione, potrebbe anche raffreddarsi di quasi 1 °C ogni 100 metri. Questo valore è il risultato di alcuni processi fisici che hanno a che fare con la pressione dell'aria, gli scambi di energia sotto forma di radiazione e il contenuto di vapore acqueo.
Salendo in quota, la pressione diminuisce
Come per tutti i gas, anche per l’aria temperatura e pressione sono in relazione fra loro. Ad esempio, a parità di condizioni, maggiore è la pressione e più alta è la temperatura. Poiché la pressione atmosferica è più elevata a livello del mare, con condizioni di tempo simili, è qui che solitamente si registrano le temperature più alte. Più si sale in quota, più la temperatura diminuisce a causa, in primis, del graduale ridursi della pressione. L’andamento della temperatura dell’aria con la quota è determinato pure da come viene riscaldata l’atmosfera. Poiché i gas che compongono l’aria sono in grado di assorbire solo una piccola parte della radiazione solare a onda corta, l’atmosfera è riscaldata principalmente “dal basso”, vale a dire dalla superficie terrestre. La radiazione solare incidente a onda corta viene dunque assorbita dalla superficie terrestre, la quale, con l’energia che così assorbe, si riscalda e inizia ad emettere a sua volta energia, questa volta però sotto forma di radiazione a onda lunga (radiazione termica infrarossa), verso gli strati dell’atmosfera sovrastanti. I gas che compongono l’aria sono in grado di assorbire una buona parte di tale radiazione e di conseguenza l’aria si riscalda.
- Salendo di quota, diminuisce pure il vapore acqueo
L'atmosfera è in grado di assorbire la radiazione a onda lunga (radiazione termica infrarossa) in funzione della presenza di vapore acqueo nell’aria (vedi umidità). Più vapore acqueo è presente e più radiazione a onda lunga viene assorbita. Se uno strato di atmosfera viene riscaldato, esso è a sua volta in grado di emettere della radiazione a onda lunga sia verso l’alto, sia di nuovo verso il basso, verso la superficie terrestre. Questo tipo di radiazione è presente anche di notte. Il bilancio radiativo dell’atmosfera, dato dai flussi di radiazione a onde corte e a onde lunghe, è alla base dell’effetto serra naturale.
Il contenuto di vapore acqueo nell'atmosfera dipende anche dalla pressione. Con l'aumento della quota e la diminuzione della pressione, il contenuto di vapore acqueo nell’aria diventa sempre più scarso. Quindi, con l'aumentare della quota, l'atmosfera può assorbire sempre meno radiazione a onde lunghe e l'atmosfera diventa quindi sempre più “trasparente” alla radiazione a onde lunghe emessa dalla superficie terrestre. La radiazione a onde lunghe che non viene assorbita lascia l'atmosfera e si disperdere nello spazio.
- Salendo di quota, l‘aria si raffredda
Quando l'aria calda sale, si espande a causa della diminuzione di pressione. L'espansione dell'aria richiede energia, che viene prelevata dalla sua energia interna. Questo fa sì che, espandendosi con l'aumentare della quota, l'aria che sale si raffredda.