L'atmosfera terrestre ha quattro strati distinti, oltre a uno strato esterno rarefatto che può estendersi fino a 10.000 chilometri (6.214 miglia) dal pianeta in assenza di vento solare. Lo strato atmosferico più basso è la troposfera e lo strato appena sopra è la stratosfera. Tra i fattori che definiscono questi due strati separati ci sono le differenze di pressione dell'aria, temperatura, gradiente di temperatura, velocità e direzione del vento.
Un confine mutevole
Il confine tra la troposfera e la stratosfera è chiamato tropopausa e non è costante. Si trova a circa 8 chilometri (5 miglia) dal suolo ai poli e circa il doppio all'equatore. La tropopausa è un'isoterma, una regione di temperatura stabile, al di sotto della quale si svolge tutto il clima del pianeta. La tropopausa segna tipicamente il limite più alto dell'attività delle nuvole; invece di salire al di sopra di questa isoterma, le grandi nuvole temporalesche si diffondono tipicamente orizzontalmente a forma di incudine. Alcuni tipi di nuvole, chiamate nuvole madreperlacee o madreperlate, si formano nella stratosfera, ma di solito solo a latitudini comprese tra 60 e 90 gradi e solo in inverno.
Gradienti di temperatura
I modelli meteorologici si verificano nella troposfera perché l'aria vicino al suolo è più calda dell'aria a quote più elevate; questo fenomeno è dovuto al fatto che il suolo assorbe e irradia il calore del sole. A causa di questo gradiente di temperatura negativo rispetto all'altitudine, l'aria calda può salire e creare una corrente convettiva che produce venti e nuvole. Nella stratosfera, che si estende ad un'altitudine di circa 50 chilometri (31 miglia), la temperatura aumenta con altitudine a causa del fatto che lo strato di ozono nell'alta stratosfera assorbe la luce solare e irradia calore verso il basso. La tropopausa è la regione a temperatura costante in cui cambia la direzione del gradiente.
Attività del vento
La propensione per l'aria calda e umida a salire e l'aria fresca a scendere nella troposfera crea venti, nuvole e precipitazioni. A causa delle variazioni locali di temperatura e pressione atmosferica, questi venti possono essere irregolari e, a volte, estremi. Nella stratosfera, dove la pressione dell'aria è molto più bassa e un soffitto di aria più calda impedisce correnti di convezione dalla formazione, le condizioni sono più stabili. Non c'è praticamente nessuna turbolenza qui, causata da movimenti verticali dell'aria, ei venti che esistono, sebbene forti, sono costanti e soffiano in direzione orizzontale. Gli aerei commerciali volano nella bassa stratosfera per evitare turbolenze.
Pressione dell'aria stratosferica
La troposfera contiene circa il 75% dei gas nell'atmosfera e la stratosfera, che ha un volume maggiore, contiene circa il 19% di questi gas. La pressione dell'aria nella stratosfera è di conseguenza più bassa: in media, la pressione nella stratosfera è solo circa il 10 percento o meno della pressione a livello del mare. Lo strato di ozono, situato nella parte superiore della stratosfera, è una delle caratteristiche più importanti di questo strato atmosferico. Oltre a creare un soffitto di aria calda che impedisce la formazione di correnti convettive, filtra le radiazioni ultraviolette del sole che sarebbero dannose per la vita in superficie.