Maapallon ilmakehässä on neljä erillistä kerrosta, samoin kuin harvinainen ulkokerros, joka voi ulottua 10000 kilometrin (6214 mailin) päähän planeetasta ilman aurinkotuulia. Alin ilmakehän kerros on troposfääri, ja sen yläpuolella oleva kerros on stratosfääri. Niitä tekijöitä, jotka määrittelevät nämä kahdeksi erilliseksi kerrokseksi, ovat ilmanpaineen, lämpötilan, lämpötilagradientin, tuulen nopeuden ja tuulen suunnan erot.
Raja siirtymässä
Rajaa troposfäärin ja stratosfäärin välillä kutsutaan tropopaussiksi, eikä se ole vakio. Se on noin 8 kilometriä (5 mailia) maanpinnasta pylväissä ja noin kaksinkertainen päiväntasaajan kohdalla. Tropopaussi on isotermi - vakaan lämpötilan alue - jonka alapuolella koko planeetan sää tapahtuu. Tropopaussi tyypillisesti merkitsee pilviaktiviteetin ylintä rajaa; Isotermin yläpuolelle nousemisen sijaan suuret myrskypilvet leviävät tyypillisesti vaakatasossa alasimen muodossa. Tiettyjä pilvetyyppejä - nimeltään helmiäisiä tai helmiäisiä - muodostuvat stratosfäärissä, mutta yleensä vain 60-90 asteen leveysasteilla ja vain talvella.
Lämpötilan kaltevuudet
Säämalleja esiintyy troposfäärissä, koska maan lähellä oleva ilma on lämpimämpää kuin korkeammissa korkeuksissa oleva ilma; tämä ilmiö johtuu siitä, että maa absorboi ja säteilee lämpöä auringosta. Tämän negatiivisen lämpötilagradientin ansiosta korkeuteen nähden lämmin ilma voi nousta ja luoda konvektiovirran, joka tuottaa tuulia ja pilviä. Stratosfäärissä, joka ulottuu noin 50 kilometrin (31 mailin) korkeuteen, lämpötila nousee korkeuden seurauksena siitä, että ylemmän stratosfäärin otsonikerros absorboi auringonvaloa ja säteilee lämpöä alaspäin. Tropopausi on vakiolämpötilan alue, jossa gradientin suunta muuttuu.
Tuuliaktiviteetti
Lämpimän, kosteutta sisältävän ilman nousutaipumus ja viileän ilman putoaminen troposfäärissä luo tuulia, pilviä ja sateita. Lämpötilan ja ilmanpaineen paikallisten vaihtelujen vuoksi nämä tuulet voivat olla epäsäännöllisiä ja toisinaan äärimmäisiä. Stratosfäärissä, jossa ilmanpaine on paljon alhaisempi ja lämpimämmän ilman katto estää konvektiovirrat muodostumisesta olosuhteet ovat vakaammat. Täällä ei ole käytännössä mitään turbulenssia, joka johtuu pystysuorista ilmaliikkeistä, ja olemassa olevat tuulet ovat voimakkaita, mutta vakavia ja puhaltavat vaakasuunnassa. Kaupalliset lentokoneet lentävät alemmalla stratosfäärillä turbulenssin välttämiseksi.
Stratosfäärin ilmanpaine
Troposfääri sisältää noin 75 prosenttia ilmakehän kaasuista ja stratosfääri, jolla on suurempi tilavuus, noin 19 prosenttia näistä kaasuista. Ilmanpaine stratosfäärissä on vastaavasti matalampi: stratosfäärin paine on keskimäärin vain noin 10 prosenttia tai vähemmän merenpinnan paineesta. Stratosfäärin yläosassa oleva otsonikerros on yksi tämän ilmakehän tärkeimmistä ominaisuuksista. Sen lisäksi, että se muodostaa lämpimän ilman katon, joka estää konvektiovirtausten muodostumisen, se suodattaa auringon ultraviolettisäteilyn, joka vahingoittaa pinnan elämää.
