"热空气上升，冷空气下降，为什么天空越高越冷呢？"，其实天空并非越高越冷。大气层在垂直方向上可分为对流层 、平流层、中间层 、热层和逃逸层，不同的层级温度变化规律也不尽相同，大致规律为:对流层与中间层随海拔升高而温度降低，平流层与热层随着海拔升高而温度上升，散逸层接近星际空间，变化不明显。

对于大气层不同层级的温度变化规律。我们来简单分析下：

a、对流层

对流层位于大气层的最底部，如题主所说，这里的温度变化趋势为越高越冷，海拔每升高一百米，温度则下降约0.65摄氏度，对流层之所以下热上冷，是因为其热量来源主要来自于地表，来自地表的热传导与长波辐射会加热底部的空气，所以对流层整体温度变化规律为下热上冷。

b、平流层

平流层位于对流层之上，在平流层中由于紫外线的作用，大量氧气分子转化为臭氧分子，臭氧层就位于平流层之中，整个平流层的温度变化规律为上热下冷，平流层的热量主要来自于臭氧层对紫外线的吸收作用，所以越靠近平流层顶部，接收到的紫外线越多，产生的热量也越高，整个平流层也就相当于从顶部向下加热，热量传导到平流层底部时，又会与对流层顶部相抵消，因此平流层呈现出上热下冷的规律。

c、中间层

中间层位于平流层之上，这一层大气含有的臭氧了非常稀少，其热量主要源自下层大气的热传导作用，也就是说平流层顶部的热量经过热传导加热中间层的底部大气，从而使整个中间层呈现出下热上冷的温度变化规律，和对流层类似，中间层也有剧烈的对流现象。

d、热层

热层位于中间层的上部，这一层的大气主要成分为氧气和氮气，它们可以吸收比紫外光波更短波长的短波辐射，热层顶部接近热源从而吸收更多的热量使温度升高，所以整个热层的温度变化规律呈现出上热下冷的状态，太阳的短波辐射可以把热层顶部的大气加热到三千摄氏度以上的高温，这里的气体处于电离子态，因此也被称为电离层，美丽的极光就出现在这层大气中。

整个大气层的温度变化趋势与绝热冷却

由以上内容可知，大气层的温度从底部的数十摄氏度到顶部的上千摄氏度，整体呈现为随着海拔的升高温度也越来越高，其主要原因是底层大气热量来自于地表的长波辐射与热传导作用，而顶层大气的热量主要是来自于太阳的短波辐射。我们知道温度是表示粒子的平均动能大小的物理量，虽然大气层上部的温度可以达到上千摄氏度，但总体热量并不会太高，因为此处空气非常稀薄，如果用温度计来测量此处的温度，是远远达不到上千摄氏度的。

在对流层中，热空气上升冷空气下降，其实属于绝热冷却问题，对流层底部的热空气在上升过程中，随着海拔升高气压降低，热空气膨胀对外做功从而内能下降导致温度降低，而较冷的空气由于内能较低密度较大，所以会下沉到大气层底部，但是总体而言，依然是底部空气温度高而顶部空气温度低。

结语

由于不同大气层级受到的热量来源不同，所以大气层温度变化规律并非高度越高温度越低，但对于生活在对流层底部的我们而言，题主所说的天空越高温度越冷也是正确的。

有一个大部分人都知道常识，海拔每升高1000米，相应的温度会下降6摄氏度。

不过这种温度模式只适用于海拔10000米左右的地区，到了平流层后由于臭氧的作用，温度实际上会上升。

但今天我们主要来讨论下，在温度持续下降的高空范围内为什么会这样(海拔升高温度下降）!

空气不爱吸收太阳能量

太阳放射出大量的阳光，它携带着大量的能量。但大气层对大部分射入的阳光是“透明的”，特别是可见光和一些红外光。

这种光穿过空气而不被吸收，所以无论是高空还是低空的空气其实都很难被太阳加热。

与空气不同，地球表面很容易吸收阳光。土地和水吸收阳光并被加热(想象下夏天的马路)，并将热量转移到接触地面的空气中。

然而，空气也不太容易导热，所以它在地面获得的热量不能有效地传递到更高的海拔。因此，地面附近的空气通常是最温暖的。

这似乎解释了为什么高海拔的地方总是覆盖着白雪，而低海拔的地方却植被丰富。

但考虑到，空气本身不断地在运动，而且是暖空气上升，冷空气下沉，那为什么高空还是比较冷呢？

上升的空气实际会变冷

我们想象一下一个包裹着空气的“气团”往上升，好吧，我觉得“气团”的概念在分析空气的行为时会很有帮助。

一个气团是一个包含着一定数量的空气包，就像一个没有外表皮的气球，它可以改变大小，向任何方向移动，并且有自己独特的温度。(由于空气运动速度快，导热性差，我们有理由假设，运动中的空气不会与周围环境交换热量。)

气团上升的原因很多，它可能在地球表面受热后向上漂浮，因为温暖的空气相对来说是有浮力的。

无论是一个人，一架飞机，还是一个气团，“向上”飞向天空都会经历同样的事情，随着海拔的升高，施加在身上的大气重量（大气压）会减小。

这是由于大气也受地球引力的影响，随着远离地心引力作用的减少，你上方的空气密度会逐渐减少。

当一个气团上升时，它会开始膨胀，因为它遇到的大气压力变小了。这种现象在日常生活中是可以观察到的。

例如，我第一次去西藏时，我发过一条朋友圈，内容是我的小馒头包装袋膨胀成鼓鼓的一个，即使本来就知道会这样，但还是觉得很惊奇。

当一个气团在快速膨胀时(因为它遇到较低的大气压力)，它将会显著降温，而这种冷却并不是简单的导热到其它大气，前面我们也已经假设它不和周围大气交换热量了。

这种冷却原因实际上是在分子水平上，一个气团膨胀时消耗了它的一些内部能量。从某种意义上说，是气团“膨胀”到环境中需要能量。

热力学能量的减少等于热能的减少，因此，当气体的内能降低时，它的温度也会降低。

同样，当一个气团遇到更大的大气压力时，它会压缩和变暖。大气压力的增加压扁了气团，从而把内部能量传递给气团并增加了气团的温度。

最后

暖空气上升是绝对正确的，只要空气比气团周围的空气温度高，气团就会一直上升。这是因为温暖的空气密度较低，因而浮力更大。

我们前面已经解释了任何上升的空气都会自然冷却，这是由于遇到较低的大气压力和膨胀造成的。一个气团升得越高，它的温度下降得就越多。

因此，尽管暖空气上升，但当它移动到较高的海拔时，很快就会冷却下来。曾经是“温暖”的空气现在绝对变成了“寒冷”。