Este es un tema que trae de cabeza a más de uno. En cualquier libro de meteorología leemos que la temperatura varía con la altitud, aunque no llegan a ponerse del todo de acuerdo, unos dicen que disminuye 0,5ºC/100 m, otros 0,6ºC/100 u otros 0,65ºC/m cuando se trata de aire saturado y cuando el aire está seco a razón de 1ºC/100 m.

En realidad es todo mucho más complejo, pues no solo depende de la altitud, sino de una infinidad de factores:
Una de las cosas que creo que no se puede hacer es comparar dos puntos situados a la misma altitud, ya que uno puede ser mucho más frío que otro y sin haber grandes distancias.
Expliquemos algunos factores importantes que puede hacer que la teoría del gradiente no se cumpla:

Cubierta de nubes: Las nubes enfrían la superficie sobre la que proyectan sombra. En invierno se hace importante pues en las zonas de montaña, por ejemplo de la zona septemtrional hacen que la temperatura descienda mucho, en comparación con las zonas de meseta. Masas de aire húmedo traen consigo condensaciones a menor altitud y,por lo tanto, menor insolación.
Orografía: Las montañas tienen un poderoso efecto de retención de nubes(sobretodo a partir de 1500-1600 m), así como generadora de ellas.Esto se traduce en un descenso de temperatura, pues la contención de una masa nubosa ante una determinada montaña hace que las zonas de barlovento se vean afectadas.¿Cuánto? Imposible saberlo con certeza, lo único que está claro es que la temperatura tenderá a ser más fría.
Zonas de páramos detríticos:  Estas zonas son topográficamente interfluvios, es decir, espacios entre ríos. Son las conexiones entre la montaña y la meseta y se encuentran a una altitud comprendida entre 1000-1300 m. Valle de montaña-páramo-valle de meseta o de otra forma: descenso-ascenso-descenso de aire. En estos relieves de ligera pendiente se producen  vientos influenciados por las montañas y por  ser fajas de no más de 15 km-20km de ancho, por lo que el  viento por lo general más frío que el de la meseta es canalizado. Hay que destacar que al ser zona de circulación de aire, las heladas son más débiles que en los valles,ya que están menos resguardados y son menos propensos a que el aire frío y denso se asiente.
Zonas de inversión en los valles abiertos: Aquí no me extenderé demasiado, pues es bien conocido por todos. Son zonas de extremos, mucho calor por el verano y mucho frío cuando se dan las condiciones adecuadas (cielo despejado, sin viento, temperatura 0ºC)Formaciones de niebla, bien conocidas en los grandes ríos(Duero, Ebro...). En general son zonas que las temperaturas medias son más frías que en las zonas circundantes en tiempo anticiclónico, pues la diferencia de temperatura puede ser de 4-5ºC menos, lo que hace que,aunque suban por el día 1 o 2ºC más (o ni eso) la temp. media siga siendo más baja.
Zonas de inversión en los valles cerrados: Lo mismo que lo anterior, pero acentuando el frío y el mayor riesgo de heladas debido a la combinación de poca luz y de bajas temperaturas.
La pendiente: Según el ángulo con que incidan los rayos solares sobre un determinado territorio aumentará o disminuirá su temperatura. Por eso hay que tener cuidado a la hora de instalar un garita meterológica (una de las causas es esta). Un buen ejemplo de la inclinación de la pendiente y de su influencia sobre la vegetación, son los encinares que podemos encontrarnos en estas laderas(sur) donde se recogen buenas dosis de energía.

La complejidad de la medición de la temperatura es algo que depende de muchísimos factores. Antes de comparar las temperaturas en dos observatorios, hay que plantearse muchas preguntas antes de sacar un veredicto ¿cómo actúan las masas de aire un determinado lugar?¿ Hay nubes, son de tipo bajo?¿de dónde procede el viento, es frío?¿hay un río que aporte humedad?¿El instrumental meteorológico es el mismo?¿Está a 1,5 m de altura sobre garita homologada?

Yo tengo la gran suerte de tener un observatorio cerca de casa (Aeropuerto de León) y hay veces que me quedo a cuadros cuando hay niebla en León. Aunque en el observatorio de la Virgen del Camino no haya niebla, da igual, es el mero hecho de tenerla a 5 km de ella, lo que haga que  la temperatura sea 2ºC más baja que mi observatorio, que está más alejado y a mayor altitud.

Saludos.

Excelente topic. Recomiendo el libro "La atmosfera" de Camille Flammarion de inicios del siglo XX, lo tengo, y en sus páginas hay un estudio del perfil térmico vertical de la troposfera en diferentes horas del día. En la primera hora de la mañana y en la media noche hay inversión térmica, en las primeras horas de la tarde hay un gradiente próximo a 0,65º/100 m y en cambio al mediodía hay una fuerte diferencia térmica en la capa límite atmosférica, se acerca al gradiente adiabático seco, 0,98º/100 m, esto en un día soleado y sin inestabilidad atmosférica.

El foehn viene de esta:
en el nor de la montaña, humid y -0,5°C/100m o menos y del otro lado, +1°C/100m y la temperatura gana mas de 10°C y podemos tener 30°C en invierno (31,2°C en Saint Girons y 30,5°C en Lannemezan el 29/2/1960).