Kada se zrak iznad jednog mjesta jače zagrijava od okolnog zraka, topliji zrak se širi i postaje lakši. Okolni hladniji zrak potiskuje čestice toplijeg i ovaj se počinje dizati. Koliko je veća temperaturna razlika između čestica zraka koji se diže i okolnog zraka, toliko će se zagrijani zrak brže dizati.

 

Pri spuštanju hladnog zraka je obratno. Slične pojave se javljaju i pri prelasku zračnih struja preko prirodnih prepreka. Ako se zrak pri vertikalnom dizanju širi, a pri spuštanju skuplja bez priliva toplinske energije izvana, i zbog razlike u gustoći nije prinuđen da se miješa sa zračnom masom opće cirkulacije atmosfere, on nastoji da od nje ostane odvojen. U takvim uvjetima zapravo nema razlika u količini toplinske energije između zraka u kretanju i dijela zračne mase zbog veoma slabe toplinske provodljivosti atmosfere.

 

Strujanje zraka koje se javlja bez priliva toplinske energije izvana i bez promjene toplinske energije između dvije prisutne zračne mase zove se adijabatsko kretanje. Pri dizanju (širenju) topliji zrak ulazi u sve rjeđu sredinu, okolni zrak ga tlači sve slabije i zbog toga on ekspandira. Posljedica toga je sniženje temperature toplijeg zraka. Međutim, zrak koji se spušta ulazi u gušću sredinu, skuplja se (komprimira) i zbog toga se zagrijava. Takvo ohlađivanje zraka pri širenju i zagrijavanje pri tlačenju, koje se događa bez dobitka ili gubitka toplinske energije, zove se adijabatsko hlađenje, odnosno adijabatsko zagrijavanje zraka.

 

Adijabatsko ohlađivanje i adijabatsko zagrijavanje zraka zapravo su adijabatski procesi u atmosferi. Kada se suh ili vlažan zrak (ali ne i zasićen vodenom parom) adijabatski diže, njegova temperatura adijabatski pada za 1°C na svakih 100 m uspona. Vrijednost pada temperature zraka za 1°C za 100 m visinske razlike zove se adijabatski gradijent temperature.

 

Adijabatski fradijent vlažnog zraka koji se diže iznosi 1°C za svakih 100 m povećanja visine samo dok se temperatura zraka ne spusti do rosišta. U tom slučaju kažemo da se zrak hladi po suhoj adijabati, a takav gradijent zovemo adijabatski gradijent temperature za suhi zrak (suhoadijabatski gradijent). Dizanjem i hlađenjem zraka dalje od rosišta, vodena se para koju zrak sadrži počinje kondenzirati ili sublimirati. Pri tome se oslobađa velika količina latentne topline koja smanjuje daljnje hlađenje zraka. Zbog toga temperatura zraka koji se diže ne pada i dalje za 1°C na 100 m, već za oko 0,5 - 0,7°C na 100 m. U tom slučaju govorimo da se zrak hladi po vlažnoj adijabati, a takav gradijent zovemo dijabatski gradijent temperature za vlažan zrak (vlažnodijabatski gradijent). Visina na kojoj se temperatura zraka koji se diže spusti na rosište zove se razina kondenzacije.

 

I pri dijabatskom zagrijavanju povišenje temperature zraka iznosi također 1°C za svakih 100 m njegova spuštanja, ali s razlikom što ta promjena nastaje i kod zraka nezasićenog vodenom parom i kod zraka zasićenog vodenom parom u kojem nema kondenziranih tvorevina. Znači, temperatura zraka raste po suhoj adijabati. Pri spuštanju zraka u kojemu je došlo do kondenzacije, temperatura zraka najprije raste po vlažnoj adijabati (0,5 - 0,7°C / 100 m), ali čim zrak postane nezasićen, temperatura dalje raste po suhoj adijabati (1°C / 100 m).

 

Zavisno od vrijednosti vertikalnog gradijenta temperature, atmosfera se može nalaziti u jednom od tri ravnotežna stanja: stabilnom, labilnom i indiferentnom.

Stabilna ravnoteža atmosfere postoji kada je vertikalni gradijent temperature manji od adijabatskog gradijenta, tj. manji od 1°C na 100 m visinske razlike. Stabilnost je naročita kada u atmosferi postoje inverzivni slojevi temperature. U stabilnoj atmosferi mogu nastati slaba horizontalna strujanja i vertikalna silazna strujanja, ali se ne mogu pojaviti vertikalna strujanja zraka od Zemljine površine prema visini. Takav slučaj javlja se u anticikloni.

Labilna ravnoteža atmosfere postoji kada je vertikalni gradijent temperature veći od adijabatskog, tj. veći od 1°C na 100 m. Suprotno od ranijeg slučaja, u labilnoj atmosferi javljaju se vertikalna uzlazna strujanja. Takav slučaj se javlja u cikloni (depresiji).

Indiferentna ravnoteža atmosfere postoji kada je vertikalni gradijent temperature jednak adijabatskom gradijentu, tj. jednak je 1°C na 100 m visinske razlike. Ne postoje uvjeti za bilo kakva zračna strujanja.