Почему с высотой температура воздуха понижается?

Потому что на высоте атмосфера хуже сохраняет тепло

ну если грубо и прямо: молекулы, летящие вверх теряют часть скорости под действием силы тяжести, молекулы летящие вниз - наоборот ускоряются. А средняя скорость - она и есть температура

Известно, что температура воздуха в атмосфере постепенно понижается с высотой. Это фундаментальное свойство любой газовой среды, находящейся в поле тяготения, и связано оно с тем, что воздух в атмосфере постоянно перемешивается и при своем движении вверх расширяется и охлаждается (поскольку давление падает с высотой) , а при движении вниз, соответственно, нагревается. Градиент температуры Т' выражается известной формулой: Т' = - ( g / R0 )*[ ( x-1 ) / x ], где R0 = 287 Дж/кг, град - универсальная газовая постоянная, g - уско- рение свободного падения, х — коэффициент ади- абаты. Для двухатомного газа, каковым является воздух, х=1,4, следовательно, Т'=9,8 град/км. Полный перепад температуры составляет 70—80o и на высоте 12—15 км царит 50—60-градусный мороз.