Теплый воздух,как известно, поднимается вверх. Почему же на высоте 10 км постоянно держится температура -50⁰ по С

Кратко: на высоте 10 км температура примерно -50 °C потому, что в нижних слоях атмосферы воздух охлаждается по мере подъема (адiabатическое охлаждение) и в среднем температура поверхности плюс горение по высоте дает именно такую температуру через lapse rate. Ниже подробно по шагам.

Пошагово

1. Что происходит, когда теплый воздух поднимается

• теплый воздух легче холодного, поэтому поднимается вверх.
• по мере подъема давление снижается, воздух расширяется.
• при расширении воздух делает работу над собой и охлаждается без обмена теплом с окружающей средой (адiabатическое охлаждение).

2. Какие скорости охлаждения применяются

• сухой адиабатический градиент (Γ_d): примерно 9,8 °C на 1 км высоты. Если воздух сухой и не достигает точки росы, температура падает очень быстро.
• влажный (или мокрый) адиабатический градиент (Γ_w): обычно меньше, около 4–7 °C на км, потому что конденсация воды выделяет теплоту и замедляет охлаждение.
• в реальной troposphere средний вертикальный градиент обычно около 6–6,5 °C на км.

3. Применим пример к числовым данным

• предположим температуру поверхности примерно 15 °C (средняя глобальная температура у поверхности).
• возьмем средний tropospheric lapse rate ≈ 6,5 °C/км.
• через 10 км высоты температура T ≈ 15 °C − 6,5 °C/км × 10 км ≈ −50 °C.
• поэтому на высоте около 10 км температура примерно −50 °C.

4. Важный нюанс: tropopause и стратосфера

• примерно на высоте 8–12 км наступает граница тропопауза: дальше в стратосфере температура перестает снижаться и начинает расти из-за нагрева ультрафиолетом в озоновом слое.
• поэтому за пределами нижней тропосферы температура может меняться иначе: ближе к поверхности −50 °C, выше в стратосфере становится теплее.

5. Разница между сухим и влажным режимами

• если воздух содержит много влаги и конденсации, охлаждение слабее (Γ_w ≈ 4–7 °C/км), поэтому температура на той же высоте может быть немного выше или ниже в зависимости от условий.
• реальная вертикальная профиль температуры зависит от влажности, солнечного нагрева, ветров и переноса против течений.

6. Почему это не значит, что «теплый воздух» всегда держится на высоте

• если поднять «теплый» воздушный parcel, он может продолжать охлаждаться, а позже охлажденный воздух может снова стать тёплым по сравнению с окружающей средой на другой высоте.
• температура окружающего воздуха в данный момент определяется глобальным вертикальным профилем атмосферы, а не только подъемом одного пузыря воздуха.

7. Краткое резюме

• на высоте около 10 км температура примерно −50 °C в среднем по атмосфере в силу lapse rate troposphere.
• tropopause ограничивает дальнейшее охлаждение и вынуждает температуру расти в стратосфере.
• реальные значения зависят от сезона, latitude, влажности и погодных условий, поэтому «постоянно» это условность: в разных условиях может быть немного иное значение.

Если хочешь, могу привести конкретные графики стандартной атмосферы (temperature vs. height) или посчитать пример под твой регион/сезон.