这种现象主要是山地海拔过高导致气候的垂直变化造成的 。对流层大气的热量主要来自于地面，因此离地面愈高，大气受热愈少，气温愈低，故山顶气温要远低于山脚的气温 。同样的季节，山地气温比平原地区更低，当平原地区春尽夏至时，山地的温度可能才刚刚达到春天万物复苏的温度，从而出现“山寺桃花始盛开”的现象 。
白居易的《大林寺桃花》是我们耳熟能详的诗：“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开 。长恨春归无觅处，不知转入此中来 。”全诗虽短短四句，却形象地写出了平原与山地气候的差异 。人间四月已经到了芳菲落尽，春凋零的时候了；可是在高山深处，古寺之中，本该凋残的桃花才刚刚吐露芬芳 。那么，这其中到底有怎样的科学依据呢？
这种现象主要是山地海拔过高导致气候的垂直变化造成的 。对流层大气的热量主要来自于地面，因此离地面愈高，大气受热愈少，气温愈低；平均每上升100米温度下降0.6度(气温垂直递减率)，由于平原和山地的相对高度较大，所以同纬度山顶的气温是山脚气温减去相对温差，故山顶气温要远低于山脚的气温 。所以，同样的季节，山地气温会比平原地区更低，当平原地区春尽夏至时，山地的温度可能才刚刚达到春天万物复苏的温度，从而出现“山寺桃花始盛开”的现象 。我们登山时也常常能够感受到这种现象，随着我们登上的海拔越高，气温会逐渐降低 。因此在攀登高峰时，我们往往会随身携带一件厚外套，来抵御高海拔的寒冷 。
另外，气温随海拔升高而降低, 每上升1000米约降低6℃, 但降水则随海拔升高而递增, 当达到最大降水高度后则随高度增高而递减, 所以高山地区气候随着高度的变化依序形成若干垂直气候带, 就如从低纬度到高纬度一样, 这种环境条件就造成山地生物多样性的垂直分异，也就会产生我们所说的山地垂直自然带 。
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