Источником тепловой и световой энергии для Земли является солнечная радиациия. Ее величина зависит от широты места, так как от экватора к полюсам угол падения солнечных лучей уменьшается. Чем меньше угол падения солнечных лучей, тем на большую поверхность распределяется пучок солнечных лучей одинакового сечения, а следовательно на единицу площади приходится меньше энергии.
Благодаря тому, что в течение года Земля совершает 1 оборот вокруг Солнца, перемещаясь, сохраняя постоянство угла наклона своей оси к плоскости орбиты (эклиптики) появляются сезоны года, характеризующиеся разными условиями нагрева поверхности.
21 марта и 23 сентября Солнце стоит в зените под экватором (Дни равноденствия). 22 июня Солнце в зените над Северным Тропиком, 22 декабря – над Южным. На земной поверхности выделяют пояса освещенности и тепловые пояса (по среднегодовой изотерме +20оС проходит граница теплого (жаркий) пояса; между среднегодовыми изотермами +20оС и изотермой +10оС расположен умеренный пояс; по изотерме +10оС – границы холодного пояса.
Солнечные лучи проходят через прозрачную атмосферу, не нагревая ее, они достигают земной поверхности, нагревают ее, а от нее за счет длинноволнового излучения нагревается воздух. Степень нагрева поверхности, а значит и воздуха, зависят, прежде всего, от широты местности, а также от 1) высоты над уровнем моря (с подъемом вверх температура воздуха уменьшается в среднем на 0,6ºС на 100 м.; 2) особенностей подстилающей поверхности которая может быть разной по цвету и иметь различное альбедо – отражающую способность горных пород. Также разные поверхности имеют разную теплоемкость и теплоотдачу. Вода из-за высокой теплоемкости медленно нагревается и медленно, а суша наоборот. 3) от побережий в глубь материков количество водного пара в воздухе уменьшается, а чем прозрачнее атмосфера, тем меньше рассеивается в ней солнечных лучей каплями воды, и больше солнечных лучей достигает поверхности Земли.
Вся совокупность солнечной материи и энергии, поступающая на землю называется Солнечная радиация. Она делится на прямую и рассеянную. Прямая радиация – это совокупность прямых солнечных лучей, пронизывающих атмосферу при безоблачном небе. Рассеянная радиация – часть радиации, рассеивающаяся в атмосфере, лучи при этом идут во всех направлениях. П + Р = Суммарная радиация. Часть суммарной радиации отраженная от поверхности Земли называется отраженная радиация. Часть суммарной радиации поглощенная поверхностью Земли – поглощенная радиация. Тепловая энергия, движущаяся от нагретой атмосферы к поверхности Земли, навстречу потоку тепла от Земли называется встречное излучение атмосферы.
радиационный баланс атмосферы
Годовое количество суммарной солнечной радиации в ккал/см2 год (по Т.В. Власовой).

Эффективное излучение – величина, выражающая фактический переход тепла от поверхности Земли к атмосфере. Разница между излучением Земли и встречным излучением атмосферы определяет прогрев поверхности. От эффективного излучения напрямую зависит радиационный баланс – результат взаимодействия двух процессов прихода и расхода солнечной радиации. На величину баланса во многом влияет облачность. Там где она значительная в ночное время она перехватывает длинноволновое излучение Земли не давая ему уйти в космос.
От поступления солнечной радиации напрямую зависят температуры подстилающей поверхности и приземных слоев воздуха и тепловой баланс.
Тепловой баланс определяет температуру, ее величину и изменение на той поверхности, которая непосредственно нагревается солнечными лучами. Нагреваясь, эта поверхность, передает тепло (в длинноволновом диапазоне) как ниже лежащим слоям, так и атмосфере. Саму поверхность называют деятельной поверхностью.
 
Основные составляющие теплового баланса атмосферы и поверхности Земли как целого
Показатель
Величина в %
Энергия поступающая к поверхности Земли от Солнца
100
Радиация, отражаемая атмосферой в межпланетное пространство, в том числе
1) отражается облаками
2) рассеивается
31
 
24
7
Радиация, поглощаемая атмосферой, в том числе:
1) поглощается облаками
2) поглощается озоном
3) поглощается водяным паром
17
1
3
13
Радиация, достигающая подстилающей поверхности (прямая + рассеянная)
52
Из неё: 1) отражается подстилающей поверхностью за пределы атмосферы
2) поглощается подстилающей поверхностью.
4
 
48
Из неё: 1) эффективное излучение
2) турбулентный теплообмен с атмосферой
3) затраты тепла на испарение
18
8
22
 
В суточном ходе температуры поверхности, сухой и лишенной растительности, в ясный день максимум наступает после 14 часов, а минимум – около момента восхода Солнца. Нарушать суточный ход температуры может облачность, влажность и растительность поверхности.
Дневные максимумы температуры поверхности суши могут составлять +80оС и более. Суточные колебания достигают 40о. Величины экстремальных значений и амплитуды температур зависят от широты места, времени года, облачности, тепловых свойств поверхности, ее цвета, шероховатости, характера растительного покрова, ориентировки склонов (экспозиции).
Нагреваясь, поверхность передает тепло почвогрунтам. На передачу тепла от слоя к слою затрачивается время, и моменты наступления максимальных и минимальных значений температуры в течение суток запаздывает на каждые 10 см примерно на 3 часа. Чем глубже слой, тем меньше тепла он получает и тем слабее в нем колебания температур. На глубине в среднем около 1 м суточные колебания температуры почвы «затухают». Слой в котором они прекращаются называется слоем постоянной суточной температуры.
На глубине 5-10 м в тропических широтах и 25 м в высоких широтах находится слой постоянной годовой температуры, где температура близка к средней годовой температуре воздуха над поверхностью.
Вода медленнее нагревается и медленнее отдает тепло. К тому же солнечные лучи могут проникать на большую глубину, непосредственно нагревая более глубокие слои. Перенос тепла на глубину идет не столько за счет молекулярной теплопроводности, а в большей мере за счет перемешивания вод турбулентным путем или течениями. При остывании поверхностных слоев воды возникает тепловая конвекция, также сопровождающаяся перемешиванием.
В отличие от суши суточные колебания температуры на поверхности океана меньше. В высоких широтах в среднем всего 0,1ºС, в умеренных – 0,4ºС, в тропических – 0,5ºС, Глубина проникновения этих колебаний 15-20 м.
Годовые амплитуды температуры на поверхности океана от 1ºС в экваториальных широтах до 10,2ºС в умеренных. Годовые колебания температуры проникают на глубину 200-300 м.
Моменты максимумов температуры водоемов запаздывают по сравнению с сушей. Максимум наступает около 15-16 часов, минимум – через 2-3 часа после восхода Солнца. Годовой максимум температуры на поверхности океана в северном полушарии приходится на август, минимум – на февраль.
Воздух нижнего слоя атмосферы нагревается за счет передачи ему тепла от подстилающей поверхности за счет термической турбулентности или термической конвекции. В поднимающемся воздухе температура изменяется вследствие адиабатического процесса (за счет преобразования внутренней энергии газа в работу и работы во внутреннюю энергию) в среднем на 0,6º на каждые 100 м. При опускании воздух нагревается на ту же величину.
Распределение тепла в нижнем слое атмосферы может иметь и обратный порядок. Возрастание температуры с высотой называют инверсией, а слой, в котором температура с высотой возрастает, – слоем инверсии. Инверсия бывает радиационной – когда лучи заходящего Солнца нагревают верхние слои воздуха; адвективной– при вторжении (адвекции) теплого воздуха на холодную поверхность; орографическая – из-за скопления холодного воздуха в котловинах.
Суточный и годовой ход температуры в нижнем слое тропосферы до высоты 2 км, в общем, отражает ход температуры поверхности. С удалением от поверхности амплитуды колебаний температуры уменьшаются, а моменты максимума и минимума запаздывают.
Абсолютные максимумы температуры воздуха наблюдались в южном полушарии – в Австралии (+51ºС), в северном полушарии – в Северной Америке (Долина Смерти, США, Гринлэнд-Рэнче +56,7ºС) и на Мексиканском нагорье. Абсолютные минимумы отмечены в Антарктиде (-89,2ºС, ст. Восток) и в Сибири (Верхоянск, -68ºС, Оймякон, -77,8ºС). Самая высокая среднегодовая температура Северной Африке (г. Лу, Сомали, +31ºС), самая низкая – в Антарктиде (ст. Восток, -55,6ºС). До сентября 2012 г. считалось, что самая высокая температура приземного воздуха была измерена в Ливии, Эль-Азизия - +58ºС. Всемирной Метеорологической организацией эти данны ебыли признаны недействительными.