Praticamente todo o clima da Terra ocorre na troposfera, que contém cerca de 75% da massa total da atmosfera e cerca de 99% do vapor d'água. A troposfera se estende do solo a uma elevação de cerca de 10 milhas (16 quilômetros) no equador e 5 milhas (8 quilômetros) nos pólos. Em média, sobe um pouco mais alto do que o Monte. Everest. Por toda a troposfera, a temperatura e a pressão atmosférica diminuem com o aumento da altitude, de modo que a chuva e a neve são mais comuns em altitudes mais elevadas do que no nível do mar. Depois de passar a tropopausa, ou a camada superior da troposfera, e entrar na estratosfera, a temperatura começa a aumentar com a elevação, mas o ar é muito rarefeito para criar padrões climáticos em essa altura.
TL; DR (muito longo; Não li)
O clima na alta troposfera tende a ser mais frio, ventoso e úmido do que em altitudes mais baixas.
Gradiente de temperatura média
As camadas superiores da atmosfera refletem grande parte da energia do sol de volta ao espaço, mas a energia que não é refletida atinge o solo e o aquece. Esse calor é absorvido pelo ar ao nível do solo e as temperaturas são mais altas lá. Conforme a elevação aumenta, a temperatura cai a uma taxa média de 3,6 graus Fahrenheit por 1.000 pés (6,5 graus Celsius por 1.000 metros). A temperatura a uma altitude de 25.000 pés (7.620 metros) é, em média, 90 F (50 C) mais fria do que ao nível do mar, razão pela qual os alpinistas precisam de tantos equipamentos para o frio.
Vento, chuva e neve
O ar quente é mais leve que o ar frio, então o ar no nível do solo tende a subir, deslocando o ar frio em altitudes mais elevadas, que cai. Isso cria correntes de convecção em toda a troposfera, e elas são mais predominantes em altitudes mais elevadas, onde o ar é menos denso e pode se mover mais livremente. Consequentemente, os ventos são mais fortes em altitudes mais elevadas. As temperaturas mais frias em altitudes mais elevadas também criam precipitação, porque o ar frio não consegue reter tanta umidade quanto o ar quente. A umidade se condensa no ar como neve e gelo e cai de volta ao solo. Em elevações mais baixas, onde a temperatura é quente, transforma-se em chuva, mas isso não acontece em elevações mais altas, onde a temperatura não subiu acima de zero.
O Efeito Montanha
As correntes de convecção causadas pela troca de ar quente e frio fluem para cima ao longo dos lados de barlavento das encostas das montanhas, criando fortes correntes parasitas perto dos picos. A água se condensa do ar em altitudes mais altas e forma nuvens, que geralmente cobrem os picos altos e os escondem completamente. Chuva e neve caem à medida que as nuvens ficam saturadas de umidade. A precipitação se combina com os ventos fortes para criar condições climáticas de tempestade frequentes. Enquanto isso, no lado sotavento das encostas das montanhas, as condições costumam ser excepcionalmente secas, porque as nuvens que chegam lá não têm umidade suficiente para que ocorra a condensação.
Camadas de Inversão
A superfície da Terra não é uniformemente quente e, à noite, ou perto da costa do mar, a temperatura do solo pode ser mais fria do que em altitudes mais elevadas. O ar frio não sobe, então o ar fica estagnado. Esta condição, que é chamada de camada de inversão, pode persistir por dias ou semanas de cada vez, e quando ocorre perto em uma área urbana, pode reter poluição e poluentes, criando condições perigosas para pessoas com problemas respiratórios sensibilidades.