La couche en rotation rapide est encadrée par deux régions aux régimes thermiques complètement différents :
Système thermique de la thermosphère de Vénus
Dans la thermosphère, au-dessus de 90 kilomètres, le temps caractéristique de refroidissement par conductivité thermique avec acheminement de la chaleur vers la mésopause (frontière supérieure de la mésosphère) puis dissipation radiative est court devant la durée du jour vénusien.
Du fait de la symétrie plane jour-nuit, il se crée une circulation du point subsolaire vers le point antisolaire à haute altitude, le gradient de pression au terminateur (limite jour-nuit) étant si élevé que l’écoulement se fait à la vitesse du son (800 km/h pour CO2), dans une situation proche de l’écoulement d’un gaz dans le vide.
La circulation jour-nuit à haute altitude est compensée par une circulation inverse au voisinage de la mésopause. Les flux de matière dans les deux sens étant les mêmes, la vitesse d’écoulement de la nuit vers le jour à la mésopause est très inférieure à la vitesse d’écoulement inverse à haute altitude, où la densité est beaucoup plus faible.
Système thermique de la troposphère de Vénus
Dans la troposphère, au-dessous de 50 kilomètres d’altitude, le temps caractéristique de refroidissement est au contraire grand devant la durée du jour, l’énergie ne pouvant être évacuée que très difficilement sous forme radiative à cause de l’effet de serre.
La différence entre les conditions régnant côté jour et côté nuit est donc très faible et, du fait de la symétrie cylindrique de révolution des gradients latitudinaux de température moyennés sur des périodes très supérieures au jour vénusien, l’échange de chaleur n’a pas lieu avec le point antisolaire mais avec le pôle.
Il se crée probablement, comme sur la Terre, deux cellules de Hadley situées de part et d’autre de l’équateur. L’air chaud, s’élevant en régions tropicales, est transporté vers les pôles, où il redescend avant d’être réacheminé vers l’équateur.
Sur la Terre, la cellule de Hadley n’atteint pas les pôles, la force de Coriolis, liée à la rotation rapide de la planète, créant à latitude moyenne une instabilité (instabilité barocline) responsable du système de cyclones et d’anticyclones qui assure le transport méridien aux latitudes moyennes.