因为高层空气稀薄，热量散失快，太阳辐射穿透大气层时被削弱，地面热量无法有效传递。随着高度增加，大气压降低，水汽凝结减少，蒸发吸热效应减弱，导致温度持续下降。比如登山时每升高1000米，气温大约降6.5℃，这个规律在飞机飞行或气象观测中都能验证。

高层气温下降主要和两个因素有关。第一是大气层厚度增加，空气分子间隙变大，就像装满热水的塑料瓶摇晃后热水容易散开一样，空气中的热量更容易扩散到太空。数据显示海拔5000米处气温约零下20℃，而海平面平均14℃，温差超过30℃。第二是太阳辐射穿透大气层时被吸收，比如臭氧层阻挡紫外线的同时也减少了部分热量。根据中国气象局大前年数据，每升高1000米气温下降6.5℃的规律在青藏高原实测中成立，当海拔突破8000米时，空气密度只有海平面的1/10，热量传递效率下降80%。高层云层减少导致长波辐射散热加快，就像用棉被包裹物体散热更快一样。值得注意的是，这个现象在极地和高空急流附近尤为明显，比如南极上空夏季最高气温也仅零下40℃，而北京此时平均20℃。