衡山山顶与山脚地面的温差通常在4℃至6℃之间，具体数值取决于季节和天气条件。以夏季为例，山脚温度若为24℃，山顶（按海拔1300米计算）温度约为19.2℃，温差约4.8℃。

这一温差现象主要源于大气层的物理特性。衡山海拔约1300米，根据气象学规律，对流层内海拔每升高100米，气温平均下降0.6℃。这一温度梯度已被大量实测数据验证，例如庐山的实测数据显示，夏季每升高100米气温降低0.61℃。具体到衡山，其山脚与山顶的温差可通过公式计算：温差=海拔差（米）×0.6℃/100米。例如1300米高差对应7.8℃的理论温差，但因地形和微气候影响，实际温差常略低于理论值。

大气温度垂直递减的机制涉及多重因素。太阳辐射加热地面后，地面通过长波辐射加热近地面空气，而高海拔区域因空气稀薄（密度仅为地面的70%-80%），保温能力显著减弱。上升气团因气压降低而膨胀做功，内能转化为机械能导致温度下降。衡山地处亚热带季风区，夏季湿润气流遇地形抬升时，水汽凝结释放潜热会部分抵消降温效应，这也是实测温差略低于理论值的原因。

权威数据进一步佐证了这一规律。中国气象局的观测显示，衡山年均高温22℃，最低温-8℃，年较差达30℃，但山顶的年较差比山脚减少约2.5℃，说明高海拔地区温度波动更平缓。2024年7月24日衡山记录到极端高温42℃，但同期山顶温度仅36℃左右，温差达6℃，与理论推算高度吻合。

值得注意的是，温度梯度会随季节变化。冬季冷空气易在山谷堆积，使山脚温度更低，此时温差可能缩小至3℃-4℃；而夏季晴天时，地表强烈受热会加剧垂直递减率，温差可达6℃以上。例如2025年6月2日衡山天气预报显示，山脚21℃时山顶仅16℃，验证了上述规律。

综上，衡山与地面的温差是大气物理规律、地形特征和局地气候共同作用的结果。气象工作者常利用这一规律进行山地气候预测，为登山安全、农业生产等提供科学依据。