La temperatura dell'aria nella troposfera
Lo strato dell'atmosfera in cui si svolgono i fenomeni meteorologici (venti e precipitazioni) e climatici e che influenza più direttamente la vita sulla Terra è la troposfera: per questo motivo verrà preso ora in considerazione questo strato, analizzandone i fattori da cui dipendono i fenomeni prima menzionati. Tali fattori comprendono la temperatura (di cui ci occuperemo di seguito), la pressione e l'umidità .
La temperatura dell'aria nella troposfera diminuisce all'aumentare della distanza dal suolo: infatti, la Terra riceve una quantità di onde "corte" provenienti dal Sole, le assorbe, si riscalda ed emette a sua volta radiazioni a lunghezza d'onda maggiore, che vengono indicate come onde "lunghe" e sono note anche col nome di raggi infrarossi (IR). Il vapore acqueo e soprattutto il diossido di carbonio contenuti nell'atmosfera assorbono e rimandano solo in parte verso lo spazio tali onde lunghe, che in gran parte vengono invece riflesse verso la superficie terrestre: così, essi svolgono un ruolo decisivo nel mantenere in prossimità del suolo una temperatura mite, sufficiente per l'esistenza degli organismi viventi. Questo fenomeno è il cosiddetto effetto serra .
Oltre all'altitudine, molti altri fattori influenzano la temperatura dell'aria nella troposfera, quali la latitudine, la posizione delle terre e dei mari, il tipo di terreno e la vegetazione.
La temperatura media diminuisce all'aumentare della latitudine , poiché con essa diminuisce l'inclinazione dei raggi solari sulla superficie terrestre.
La temperatura delle zone costiere è più fresca in estate e più mite in inverno rispetto a quella di regioni dell'entroterra e ciò dipende dal fatto che l'acqua ha una capacità termica maggiore della terraferma, cioè richiede una maggiore quantità di calore per manifestare lo stesso aumento di temperatura: quindi, durante l'estate, la temperatura dell'acqua cresce meno rapidamente di quella della terraferma e ciò contribuisce a rendere la temperatura più fresca; viceversa, in inverno, il raffreddamento dell'acqua avviene meno rapidamente, contribuendo a mantenere la temperatura più mite rispetto all'entroterra.
In base alla sua composizione chimica, il suolo può riflettere una diversa quantità della radiazione solare ricevuta e dunque influenzare la temperatura a livello locale: si chiama albedo la capacità della superficie terrestre di riflettere la luce solare e viene espressa dalla percentuale di luce riflessa sul totale della luce ricevuta. I valori più alti di albedo si hanno per la neve fresca (80-90%), mentre per i suoli coltivati il valore scende a 15-20%.
La temperatura diminuisce in presenza di vegetazione, perché essa influisce sul valore dell'albedo, ma anche perché aumenta il contenuto di vapore acqueo nell'atmosfera a causa della traspirazione.
Lo strumento per la misura della temperatura atmosferica utilizzato nelle stazioni meteorologiche è il termometro a mercurio. L'unità di misura della temperatura in meteorologia (la scienza che studia il tempo atmosferico) è il grado centigrado, o Celsius (simbolo °C). Il termometro deve essere collocato in modo tale che non venga influenzato da altro calore che non sia quello direttamente fornitogli dall'aria e per tale motivo lo si pone a un'altezza di circa due metri dal suolo; le stazioni meteorologiche sono anche dotate di termometri di massima e di minima (che permettono di leggere, in qualsiasi momento della giornata, le temperature minima e massima registrate) e di termografi, strumenti che registrano su un diagramma le temperature misurate in momenti diversi.
Di particolare interesse per i meteorologi sono le temperature minima e massima diurne, che si registrano rispettivamente all'alba e verso le ore 15, le temperature medie (diurna, mensile e annua), l'escursione termica, cioè la differenza tra la temperatura minima e massima registrate nell'arco di una giornata, di un mese o di un anno (escursione termica diurna, mensile e annuale).
È possibile rappresentare su una carta geografica la distribuzione della temperatura (giornaliera, mensile o annuale) mediante le isoterme, linee immaginarie che uniscono tutti i punti aventi uguale temperatura media, riferita a livello del mare, in un certo intervallo di tempo (giorno, mese o anno).