Die Nullgradgrenze in der freien Atmosphäre wird aus dem Temperaturprofil bestimmt, das täglich in Payerne mit Wetterballons gemessen wird. Über der Schweiz hat sie einen ausgeprägten Jahresgang mit einem Maximum im Sommer und einem Minimum im Winter. Durch den menschengemachten Klimawandel ist die Nullgradgrenze in den letzten Jahrzehnten in allen Jahreszeiten markant angestiegen.
Die Temperatur nimmt mit zunehmender Höhe ab und fällt ab einem gewissen Punkt unter 0 °C. Diese Höhe wird als Nullgradgrenze bezeichnet. Die Nullgradgrenze kann entweder aus Messungen an Bodenmessstationen abgeleitet oder mittels Wetterballons in der freien Atmosphäre bestimmt werden.
In der Schweiz werden Sondierungen mit Wetterballons von MeteoSchweiz am Regionalzentrum in Payerne durchgeführt. Zweimal täglich (11:00 und 23:00 Uhr UTC) werden Wetterballons gestartet. Sie messen im Aufstieg Temperatur, Feuchtigkeit und Wind im Profil. Die Höhe der Nullgradgrenze ist nicht immer eindeutig bestimmbar. Bei Inversionslagen können mehrere Nullgradgrenzen im gleichen Profil auftreten. In solchen Fällen wird jeweils die höchste Lage verwendet. Liegt die Bodentemperatur zum Zeitpunkt der Radiosondierung unter 0 °C, wird eine fiktive Nullgradgrenze berechnet (pro 100 m, die nach unten korrigiert werden, wird die Bodentemperatur um 0,5 °C angehoben). Dies führt bei sehr kalten Verhältnissen im Winter zu einer Nullgradgrenze unterhalb des Meeresspiegels (negativer Wert). Für die Tagesdaten werden die Werte aus beiden Sondierungen jeweils gemittelt.
Im Durchschnitt der Periode 1991-2020 befindet sich die Höhe der Nullgradgrenze über dem Messstandort Payerne auf 2570 m ü. M. Wie die Temperatur weist auch die Nullgradgrenze über der Schweiz einen ausgeprägten Jahresgang mit dem Minimum im Winter und Höchstwerten im Sommer auf. Im Winter liegt die Nullgradgrenze in der freien Atmosphäre im Mittel auf einer Höhe zwischen 1000 und 2000 m. Bei kräftigen Inversionen oder Zufuhr von milder Luft aus Süden oder Südwesten sind jedoch auch Werte über 3000 m möglich. An Eistagen liegt die fiktive Nullgradgrenze im negativen Bereich. Im Sommer bewegt sich die Nullgradgrenze im Mittel zwischen 3000 (im Juni) und fast 4000 m (im Juli). An kühleren Sommertagen sind Werte unter 2500 m möglich, an extrem heissen Tagen kann die Nullgradgrenze bis auf 5000 m steigen.
Der Klimareport liefert eine ausführliche Beschreibung des Verlaufs der Nullgradgrenze im vergangenen Jahr.
Ähnlich wie die Temperatur steigt auch die Höhe der Nullgradgrenze über der Schweiz infolge des Klimawandels stark an. Dies lässt sich anhand der bodennahen Nullgradgrenze, die aus Messstationen abgeleitet wird, am eindrücklichsten zeigen. Seit Beginn der Aufzeichnungen 1864 ist die bodennahe Nullgradgrenze um 200 bis 700 m gestiegen.