Почему в горах холодно, если холодный воздух стремится вниз?

Воздух прозрачен и практически не нагревается солнечными лучами. Тепло он получает от поверхности Земли. Нагретый воздух поднимается вверх и при этом расширяется из-за снижения давления, что приводит к охлаждению (адиабатический процесс). Это первая причина понижения температуры с высотой.

Вторая -- это наличие в воздухе водяного пара и углекислого газа, обладающих значительным поглощением в ИК области спектра (и большей излучательной способностью). Плотность их снижается с высотой (особенно водяного пара -- так как он конденсируется при снижении температуры), а значит, воздух "вверх" более прозрачен для инфракрасного излучения, чем "вниз". Тепловое излучение от поверхности Земли (или нижележащего слоя воздуха) полностью поглощается относительно тонким (несколько метров) слоем воздуха. А вот сверху -- атмосфера прозрачная. И тем более прозрачная, чем выше мы находимся. А значит, тепловое излучение рассматриваемого слоя воздуха уходит вверх беспрепятственно, охлаждая его, и это охлаждение не компенсируется излучением сверху, которое слабее. Из-за снижения роли этого механизма по причине почти полного исчезновения водяного пара (главного ИК поглотителя-излучате­ля в воздухе) на высотах больше 12 км, начиная с этой высоты резко падает градиент температуры и прекращается конвекционное перемешивание атмосферы -- мы оказываемся в стратосфере.

На больших высотах, однако, температура начинает расти. Причиной этого является то, что в эти слои заходит та часть солнечного излучения, что поглощается в атмосфере. Это жесткий ультрафиолет. На высотах около 30 км поглощение УФ излучения атмосферным озоном разогревает воздух с -60°С до нулевой отметки. Далее с ростом высоты и снижением плотности, а значит и поглощающей способности, температура снова падает (вплоть до -100°С) до тех пор, пока мы не оказываемся в зоне, куда доходит излучение, способное разорвать молекулу кислорода на два отдельных атома. Этот процесс также сопровождается интенсивным поглощением света, а рекомбинация атомов в молекулы -- выделением тепла, и воздух (если можно так назвать среду, миллионократно менее плотную, чем вакуум в радиолампе) снова разогревается, на этот раз до чудовищных температур в полторы тысячи градусов.