大气的主要热源是在地球表面，距离地面越远，气温就越低，气温随着高度增加而降低。难怪，宋朝苏东坡发出了感叹：高处不胜寒。在山地，不同海拔高度地点的气温也是随海拔高度降低的，不过在山地的测点与低处平原的测点都接近地面热源。
高处不胜寒的气温秘密
为什么也会有这种温度差别呢？原因是山地凸出于自由大气中，高山上的温度除了受本身的地面热原影响外，还受到自由大气温度的调节作用。山越高，山地地面温度与自由大气温度的差值就越大，自由大气对山地气温的调节作用就越明显。
例如，庐山比九江高出1132米，冬季1月平均温度却从4.2℃降到-0.2℃；夏季7月从29.4℃降到22.5℃。冬季降低了4.4℃，夏季降低6.9℃。
我们把两个地点的温度差除以它们的高度差(以100米为单位)，就得到它们之间气温的温度梯度，九江与庐山的温度梯度1月是-0.39℃/100米，7月是-0.61℃/100米。
温度梯度不仅随季节变化，而且随地形具体情况也有很大差异，例如，在秦岭北坡就小于南坡，北坡年平均温度梯度-0.45℃/100米，南坡却有-0.54℃/100米。主要原因是在冬季，北坡有冷空气经常聚集，减少了盆地与高山的温度差值。
北坡冬季月温度梯度只有-0.34℃/100米，而南坡处在冷气流的北风位置，1月仍有-0.54℃/100米，但在夏季这种情况并不存在，南北坡温度梯度都是-0.55℃/100米。
另外，由于自由大气的调节作用，高山上的温度年变化和日变化也是随高度的增加而减少的，用最热月温度减去最冷月的温度的差值表示年变化，称为年较差。九江的年较差为25.2℃，到庐山就降到22.7℃，年较差不仅随高度减少也可因坡向不同而有差别。
秦岭以北的西安年较差达27.6℃，到华山降到24.2℃，可是在秦岭以南的安康年较差只有24.2℃，与华山几乎没有差别。当然，这与安康纬度偏南，云、雾及降水较多的也有很大关系。
从赤道到极地的温度变化
由于太阳辐射是随纬度增加而减少的，所以，就整个地球来说，气温是从赤道向两极递减的。不过这个规律往往受到其他因素干扰，在同一纬度上，温度并不一定相等。特别是在高纬度地区，海陆间的温度相差很大。
为了说明单纯的纬度对温度的影响，人们就以纬度平均气温来比较，办法是从各月与年等温线图上，求取每隔10°纬度圈上等距点的温度，然后加以平均，就可以得到各纬度的纬度平均气温。通常是计算0°、10°、20°、30°直到80°的纬度平均气温。
这样做的好处就是把纬度以外的影响互相抵消掉了，只剩下纬度的影响。从纬度平均气温看，气温随纬度增加而降低的规律就十分明显。
例如，全年纬度平均气温，无论在南北半球，都是从赤道向两极逐渐降低的。赤道是26.2℃，到纬度58°附近变成负值，到极地都在-20℃以下。不过有趣的是，地球最热的纬度并不是赤道，而是在北半球纬度10°的地方，这个纬度被称为热赤道。
赤道只有在北半球冬季才是最热的纬度，到7月份，最热的平均气温已经移到北纬20°。在南半球，因为海洋面积大，纬度平均气温随纬度增加而降低的规律更加明显。
气温的年较差是一年中最热月平均气温与最冷月平均气温的差值。从热赤道向两极年较差是增加的。西沙(北纬16°50′)年较差只有6.0℃，漠河(北纬53°28′)却高达50.0℃。
这个特点与冬夏季太阳辐射的差值向极地增加有直接关系。不过南半球各纬度的年较差都比北半球小，这与南半球海洋面积远远大于陆地面积的情况有很大关系。
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