温度随高度变化的规律性

把理想气体的状态方程代入式（9-14)的左侧，可以求得：

该式反映的是空气团垂直运动发生的温度变化。可见，空气团垂直向上运动将导致其温度降低。可以从做功的角度解释这一现象。当空气团垂直向上运动时，周围环境的压力逐渐降低，那么该空气团必将膨胀而对外做功，导致内能降低，从而表现为温度降低。

当空气团发生垂直位移时，如果温度的改变不伴随着与周围环境的热交换，则这个过程为绝热过程，是可逆的。例如，干燥空气绝热的升高100m，温度将降低1K，即1℃。若把这个空气团再降低100m，它的温度将返回到之前的热力学状态。

空气在地表被加热后密度降低而做上升运动，上升过程中又逐渐冷却。高处较冷的空气向下运动，以替代上升热气团留下的空隙。这个循环过程为对流或垂直混合。

在同一大气层内，温度随位势高度的变化曲线大体上为线性。该曲线的斜率被称为垂直温度梯度或气温递减率。

其表达式为

式中 L——垂直温度梯度；(www.xing528.com)

T₀——起始温度；

H₀——起始位势高度；

H——目标位势高度。

标准大气低空（对流层)的平均垂直温度梯度为-6.5K/km，即每升高1km，温度下降6.5K。因为并不是所有大气过程都是绝热的，所以实际大气平均垂直温度梯度小于绝热过程的温度梯度（-10K/km)。另外，湿润空气的温度变化经常伴随着水汽的三态变化，导致大量潜热的释放和吸收，从而使垂直温度分布结构变得更加复杂。不同大气层的垂直温度梯度不同，平流层的温度梯度就是正的，即大气温度随着高度的升高而升高。

最后要强调的是式（9-16)和式（9-17)的差别。式（9-16)是空气团垂直运动过程的温度变化，而式（9-17)为整个大气的垂直温度分布。以不存在上下对流的平流层为例，如果把低处的空气团向上移动，其温度会降低，而平流层内越往上温度越高，因此位移后的空气团温度将低于周围环境，那么就必然会降落回原来的位置。这就解释了平流层之所以不存在上下对流的原因。