Вертикальний градієнт температури

Якщо висхідне повітря не насичене (тобто не досягло своєї точки роси), то воно охолоджуватиметься приблизно на 1° на кожні 100 м підйому. Зміна температури повітря з його підняттям називається вертикальним градієнтом температури висхідного потоку. У міру того як повітря, що піднімається, досягає своєї точки роси, вертикальний градієнт зменшується до ~0,6° на 100 м. При конденсації водяної пари виділяється тепло. Це і зменшує вертикальний градієнт.

Слід мати на увазі, що зазначені вертикальні градієнти температури відносяться тільки до таких потоків повітря, що піднімаються або опускаються, які не отримують і не віддають тепла навколишньому повітрю. У спокійному повітрі (воно не піднімається і не опускається) зазвичай температура також зменшується з висотою. Однак вертикальний градієнт у спокійному повітрі рідко збігається з вертикальним градієнтом висхідного або низхідного повітряного потоку.

Вплив температури повітря на погоду та клімат

Якби Земля не оберталася, то циркуляція земної атмосфери відбувалася приблизно так. Повітря найсильніше нагрівається поблизу екватора, тут сильно розширювється, стає менш щільним і витісняється вгору холоднішим повітрям з полярних областей, що прямує сюди для зрівнювання тиску. Повітря, що піднімається вгору, стало б просуватися від екватора у напрямку до полюсів, створюючи постійну область низького тиску у екватора. Біля полюсів повітря було б холодним і щільним, так що тут був би високий атмосферний тиск. Проте насправді відбувається інакше, у міру того, як повітря, що рухається у верхніх шарах, віддаляється від екватора до полюсів, воно, внаслідок обертання Землі із заходу Схід, відхиляється на схід, і, коли це повітря сягає приблизно 30-ї паралелі, воно рухається майже точно Схід. Таким чином, на цих широтах відбувається накопичення повітря, внаслідок чого тут утворюються зони високого тиску, які оточують Землю на південь та на північ від екватора.

Від кожної зони високого тиску частина повітря в нижніх шарах атмосфери прямує до полюсу, породжуючи вітри, відомі під назвою «переважних західних вітрів». Інша частина прямує до екватора, утворюючи північно-східні та південно-східні пасати. Ці пасати стикаються у екватора, значною мірою взаємно знищуються і створюють екваторіальну штильову зону. Частина повітря верхніх шарів атмосфери на широті 30° витісняється до полюсів, але не опускається до земної поверхні. В результаті, коли це повітря досягає полярних областей, воно виявляється дуже холодним і важким (щільним). Тут воно осідає, утворюючи величезні маси повітря високого тиску. У міру накопичення цього холодного повітря в нижніх шарах атмосфери воно прямує до екватора. На широті приблизно 60° фронт цієї маси полярного повітря, так званий полярний фронт, зустрічається зі значно теплішим і менш щільним повітрям західних вітрів, опускається під нього і змушує його підніматися. Це висхідне відносно тепле, легке повітря утворює зони низького тиску по обидва боки від екватора на широті близько 60°. Однак іноді велика маса полярного повітря високого тиску проривається до екватора. Передня межа цієї маси, повернена до екватора, називається холодним фронтом. Ці центри високого тиску та холодні фронти відіграють величезну роль у формуванні погоди та клімату.