У меня есть только одно объяснение - переход кинетической энергии движения молекул газа в потенциальную. То есть молекула, двигаясь между соударениями, теряет энергию движения пропорционально увеличению собственной высоты. Если считать соударения молекул абсолютно упругими и предположить одинаковую их массу (70 процентов воздуха - азот), то при соударении происходит обмен векторами скорости и характер картины не меняется. Температура же есть мера средней кинетической энергии молекул, или, говоря кухонным языком, величина, пропорциональная квадратному корню из скорости. Поэтому потеря кинетической энергии и приводит к уменьшению температуры.
Вообще тёплый воздух легче и он поднимается на верх, а холодной опускается вниз потому, что он тяжелее.
