Сонячна радіація розподіляється по землі нерівномірно. Це залежить:
1. від щільності і вологості повітря - чим вони вищі, тим менше радіації отримує земна поверхня;
2. від географічної широти місцевості - кількість радіації збільшується від полюсів до екватора. Кількість прямої сонячної радіації залежить від довжини шляху, який проходять сонячні промені в атмосфері. Коли Сонце знаходиться в зеніті (кут падіння променів 90 °), його промені потрапляють на Землю найкоротшим шляхом і інтенсивно віддають свою енергію малої площі. На Землі це відбувається в смузі між від 23 ° с. ш. і 23 ° ю. ш. т. е. між тропіками. У міру віддалення від цієї зони на південь або на північ довжина шляху сонячних променів збільшується, т. Е. Зменшується кут їх падіння на земну поверхню. Промені починають падати на Землю під меншим кутом, як би ковзаючи, наближаючись в районі полюсів до дотичній лінії. В результаті той же потік енергії розподіляється на велику площу, тому збільшується кількість відбитої енергії. Таким чином, в районі екватора, де сонячні промені падають на земну поверхню під кутом 90 °, кількість одержуваної земною поверхнею прямої сонячної радіації вище, а в міру пересування до полюсів це кількість різко скорочується. Крім того, від широти місцевості залежить і тривалість дня в різні пори року, що також визначає величину сонячної радіації, що надходить на земну поверхню;
3. від річного і добового руху Землі - в середніх і високих широтах надходження сонячної радіації сильно змінюється за порами року, що пов'язано зі зміною полуденної висоти Сонця і тривалості дня;
4. від характеру земної поверхні - чим світліше поверхню, тим більше сонячних променів вона відображає. Здатність поверхні відображати радіацію називаетсяальбедо (від лат. Білизна). Особливо сильно відбиває радіацію сніг (90%), слабкіше пісок (35%), який ще слабше чорнозем (4%).
Земна поверхня, поглинаючи сонячну радіацію (поглинена радіація), нагрівається і сама випромінює тепло в атмосферу (відображена радіація). Нижні шари атмосфери значною мерс затримують земне випромінювання. Поглинена земною поверхнею радіація витрачається на нагрів грунту, повітря, води.
Та частина сумарної радіації, яка залишається після відображення і теплового випромінювання земної поверхні, називається радіаційним балансом. Радіаційний баланс земної поверхні змінюється протягом доби і по сезонах року, проте в середньому за рік має позитивне значення усюди, за винятком крижаних пустель Гренландії і Антарктиди. Максимальних значень радіаційний баланс досягає в низьких широтах (між 20 ° с. Ш. І 20 ° ю. Ш.) - понад 42 * 10 2 Дж / м 2. на широті близько 60 ° обох півкуль він знижується до 8 * 10 2 - 13 * 10 2 Дж / м 2.
Сонячні промені віддають атмосфері до 20% своєї енергії, яка розподіляється по всій товщі повітря, і тому викликаного ними нагрівання повітря відносно невелика. Сонце нагріває поверхню Землі, яка передає тепло атмосферного повітря за счетконвекціі (від лат.convectio- доставка), т. Е. Вертикального переміщення нагрітого у земної поверхні повітря, на місце якого опускається більш холодне повітря. Саме так атмосфера отримує більшу частину тепла - в середньому в три рази більше, ніж безпосередньо від Сонця.
Присутність у складі атмосфери вуглекислого газу і водяної пари не дозволяє тепла, відбитого від земної поверхні, безперешкодно йти в космічний простір. Вони создаютпарніковий ефект, завдяки якому перепад температури на Землі протягом доби не перевищує 15 ° С. При відсутності в атмосфері вуглекислого газу земна поверхня остигала б за ніч на 40-50 ° С.
Сонячні промені, пройшовши атмосферу, потрапляють на поверхню Землі і нагрівають її, а та, в свою чергу, віддає тепло атмосфері. Цим пояснюється характерна особливість тропосфери: зниження температури повітря з висотою. Але бувають випадки, коли вищі шари атмосфери виявляються більш теплими, ніж нижчі. Таке явище носить названіетемпературной інверсії (від лат. Inversio - перевертання).