从太阳到达地球的辐射能数量，决定于被太阳放射的量及大气对热线的吸收，空气中的灰尘和水蒸气能降低到达地球的辐射能。水蒸气吸收大量棚山迹的热，潮湿的或多云的大气阻止很多的太阳辐射能到达地球，清洁干燥的大气通常引起温度急剧的变化，潮湿有云的大气则能使温度的变化减少。除了大气的状况制约太阳辐射能到达地球的数量外，地表特征对地球所保留的辐射能数量也有很大的影响。
地面温度变化，决定于本身的热量收支差额，地面的热量收支可以概括为四项：一是以辐射方式进行的热量交换（R），即辐射差额（辐射平衡）；二是地面与下层土壤间的热量交换（B）；三是地面与近地气层之间的热量交换（P）；四是通过水分的凝结和蒸发进行的热量交换（LE）。白天，地面吸收的太阳辐射超过地面有效辐射，辐射收支差额R为正值。地面吸收了辐射能转化为热能，温度高于近地气层和下层土壤，于是产生了从温度高的一方指向温度低的一方的热通量，即地面链并将热量传给空气（P）及下层土壤（B），土壤水分的蒸发也要耗去部分热量（LE），见图3-5a。夜间，地面的辐射收支差额R为负值，地面冷却降温，温度低于近地气层和下层土壤时，P和B热量输送方向与白天正好相反，同时水汽的凝结也要放出热量（LE）给地面，见图3-5b。
地球表面与大气之间不断地进行着能量和物质交换，地面温度与辐射能的收支密切相关。白天太阳和太空的短波辐射（大部分短于2 μm）使地面增温。夜间从地面以长波（大部分长于4 μm）的方式散发能量使地面冷却。地表能量的收入与支出间的平衡，亦可用唯搜下列辐射平衡方程来表示：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
图3-5 地面热量收支示意图
图3-5 地面热量收支示意图
式中：Rs为短波辐射收入；α为短波辐射从表面的反射率；R为长波辐射支出量减去从大气的收入量；G和H分别为进入地中和空气的热量；E和L分别为蒸发量和水分汽化潜热。
短波辐射Rs随时间和空间而变，且具有年变化的周期性，由于地表能量收支的周期变化，使地面温度出现了以日和年为周期的波动，图3-6给出了地面温度波动曲线，其中最高温度和最低温度之差为地面温度的日或年较差，较差的一半称做地面温度的日或年振幅。
图3-6 地面温度的日、年变化曲线
图3-6 地面温度的日、年变化曲线
