Випромінювання Сонця - сонячна радіація - є основним джерелом теплової енергії, одержуваної земною поверхнею і атмосферою. Земля отримує від Сонця 1,36-10 24 кал тепла в рік. Цієї кількості достатньо було б, щоб розтопити шар льоду товщиною 35 см, суцільно покриває Землю при 0 °.
Потік теплової променевої енергії Сонця, що досягає земної атмосфери, відрізняється великою постійністю. Його інтенсивність, рівну 1,98 кал / см 2 хв, називають сонячною константою. Як було встановлено раніше, кількість сонячної радіації, що отримується поверхнею, залежить від кута падіння променів. Так як протягом року і доби висота Сонця змінюється, то змінюється і кут падіння сонячних променів на земну поверхню, а отже, і кількість одержуваного сонячного тепла.
Радіацію, що приходить до земної поверхні безпосередньо від Сонця, називають прямою. Проходячи через атмосферу, сонячна радіація частиною поглинається, перетворюючись в теплову енергію. Зустрічаючись з молекулами газу і зваженими в атмосфері частинками, сонячні промені відхиляються від прямолінійного напряму і розсіюються. Така радіація називається розсіяною. Вона є причиною розсіяного денного світла.
Кількість поглиненої і розсіяною радіації залежить від товщини атмосфери через яку проходять сонячні промені, і від її прозорості. Прозорість атмосфери - величина змінна і залежить від вмісту в повітрі водяної пари і зважених часток.
Всю сонячну радіацію, що приходить до земної поверхні, пряму і розсіяну, називають сумарною радіацією. Її інтенсивність виражається формулою
де I - інтенсивність прямий радіації, i - інтенсивність розсіяної радіації, h - висота Сонця.
Співвідношення між прямої і розсіяної радіацією змінюється в залежності від хмарності, запиленості атмосфери і висоти Сонця. При ясному небі частка розсіяної радіації не перевищує 10%. при хмарному - розсіяна радіація може бути більше прямий. При малій висоті Сонця сумарна радіація складається майже повністю з розсіяною.
Розподіл сумарної радіації по земній поверхні не строго зонально, так як вона залежить від хмарності і прозорості атмосфери. У малохмарною тропічної пустелі річна кількість сумарної радіації сягає 200-220 ккал / см 2, в полярних країнах її значення падає до 60 ккал / см 2.
Сонячна радіація, потрапляючи на земну поверхню, частково поглинається у верхньому шарі грунту або води і частково відбивається назад в атмосферу. Відношення кількості радіації, відбитої від поверхні, до кількості радіації, що падає на цю поверхню, називається альбедо. Альбедо залежить від кольору, вологості, шорсткості і інших властивостей поверхні. Який щойно випав сніг має альбедо більше 80%, верхня поверхня хмар - 50-75%, пустеля 30-35%, лугова рослинність - близько 20%, ліс - близько 15%, свіжозораному рілля - менше 10%. Альбедо водної поверхні змінюється від 2 до 80%. в залежності від висоти Сонця і хвилювання.
Чим вище температура випромінюючого тіла, тим коротше довжина хвиль його випромінювання. Тому сонячна радіація короткохвильова (від 0,1 до 4 мк), а земна - довгохвильова (від 4 до 100 мк). Земна радіація в значній мірі затримується атмосферою (водяною парою, вуглекислим газом, озоном). Поглинаючи частину сонячної і земної радіації, атмосфера випромінює теплову енергію в світовий простір і до земної поверхні. Останнє називається зустрічним випромінюванням. Різниця між випромінюванням земної поверхні і зустрічним випромінюванням визначає фактичну втрату тепла земною поверхнею і називається ефективним випромінюванням. Здатність атмосфери пропускати короткохвильове випромінювання Сонця і затримувати довгохвильове випромінювання Землі називають оранжерейним ефектом. Завдяки оранжерейному ефекту середня температура земної поверхні на 38 ° вище, ніж вона була б при відсутності атмосфери.
Земна поверхня одночасно отримує і віддає радіацію. Різниця між приходом радіації (поглиненої сумарною радіацією) і її витратою (ефективним випромінюванням) називається радіаційним балансом земної поверхні. Радіаційний баланс визначається з рівняння
де А - альбедо, 1Е - ефективне випромінювання.
Радіаційний баланс для всієї Землі позитивний, крім крижаних плато Антарктиди і Гренландії. На море він більше, ніж на суші, так як альбедо суші вище, ніж моря. Позитивне значення радіаційного балансу не означає, що земна поверхня безперервно нагрівається. Надлишок поглиненої радіації врівноважується передачею тепла в повітря і витратою тепла на випаровування води.