Розподіл температури у різних шарах атмосфери називають термічною стратифікацією атмосфери. Вона постійно змінюється. Розподіл температури повітря на різних висотах можна зобразити за допомогою графіка – кривої стратифікації. Уяву про цей розподіл температури повітря дає і вертикальний градієнт температури. Вертикальним градієнтом температури повітря називається її зміни на кожні 100 м висоти.
γ = -∆t /∆£∙100 м
Зміна температури повітря ∆t визначається як різниця температури повітря між верхнім і нижнім рівнями
∆t = tв – tн,
γ = -tв – tн / £в − £н ∙100 м,
де £в і £н – висота, м γ=0С ⁄100м
Знак мінус перед дробом показує, що з підняттям угору в середньому температура повітря знижується і в цьому випадку матимемо позитивне значення градієнта (γ>00). Однак бувають випадки, коли в окремому шарі атмосфери, як правило відносно незначної товщини, температура повітря з висотою не змінюється, тобто вертикальний температурний градієнт дорівнює нулю (γ=00). Такий випадок розподілу температури називають ізотермією, а сам шар ізотермічним. Досить часто в окремому шарі атмосфери температура повітря з висотою підвищується, тобто вертикальний градієнт температури має знак мінус(γ<00). Такий розподіл температури називають інверсією, а шар інверсійним (мал. 4.9, а,г.).
Середній вертикальний градієнт температури повітря в тропосфері становить 0,65 0С⁄100м.. В нижньому 4-х кілометровому шарі він ближче до 0,5 0С⁄100м, в полярних областях і взимку в помірних широтах він зменшується до 0,1-0,40С⁄100м. У нижніх сотнях метрів атмосфери він наближається до 10С⁄100м, а в тонкому приземному шарі повітря над перегрітим ґрунтом вдень він може в десятки, сотні і навіть тисячі разів перевищувати своє середнє значення.
Використавши рівняння для визначення вертикального градієнта температури повітря можна визначити температуру на будь-якому рівні £, якщо відомий вертикальний градієнт температури і температура повітря на іншому рівні. Так, коли відома температура на вищому рівні, то на нижньому одержимо її за виразом
tн = tв+γ ∙∆£ /100або tн=tв+0,01γ∆£
Коли ж відома температура на нижньому рівні, то
tв=tн-γ ∙∆£ /100або tв=tн-0,01γ∆£
Перший вираз (tн)використовується для приведення температури повітря до рівня моря, якщо метеорологічна станція розташована вище рівня моря.
Унаслідок того, що тропопауза у тропіках розташована на висоті 16-18км, а на кожні 100м температура знижується на 0,650С, то на рівні тропопаузи і над нею температура повітря дуже низька протягом усього року – 70-800С. У помірних широтах температура тропопаузи і нижньої стратосфери становить близько -550С з невеликою амплітудою річної зміни. У полярних широтах температура тропопаузи влітку ще вища, особливо в Арктиці(-450С). У нижній стратосфері вона підвищується навіть до -350С. Тобто влітку полярна тропопауза і нижня стратосфера тепліша за тропічну. Але взимку тропопауза над Арктикою має температуру близько -600С і над Антарктидою близько -700С. У нижній стратосфері температура повітря ще нижча – до -700С в Арктиці і до -800С в Антарктиді. Отже взимку полярна стратосфера така ж холодна, як і тропічна. У тропіках стратосфера холодна протягом року, у полярних районах – тільки взимку.
Раніше ми вже згадували, що в нижній частині стратосфери температура середньому з висотою не змінюється, тобто по відношенню до тропосфери це ізотермічний шар. Але для стратосфери це нормальний розподіл температури повітря з висотою.