Do Zemljine površine stiže samo dio toplinske energije koju direktno zrači Sunce. Ostatak energije akumulirala je atmosfera (difuznom refleksijom i selektivnom apsorpcijom Sunčeva zračenja), i taj ostatak u obliku svjetlosnog i toplinskog zračenja dopire do Zemljine površine. To se zračenje naziva atmosferskom radijacijom. Ono je od posebna značaja za visoke geografske širine, gdje je visina Sunca malena.

 

Atmosfersko zračenje može se podijeliti na difuzno i na toplinsko zračenje. Difuzno zračenje atmosfere je kratkovalno (pri vedom nebu), i to samo od početka svitanja do završetka sumraka. nastaje kao posljedica difuzne refleksije direktnog Sunčeva zračenja, kojom se Sunčeve zrake skreću (lome) od prvobitna pravca i u izvjesnu iznosu dolaze do Zemlje. Intenzitet difuznog zračenja rate s porastom visine Sunca, s povećanjem oblačnosti, sa smanjenjem nadmorske visine i sa smanjenjem prozračnosti, i obratno.

 

Toplinsko zračenje atmosfere je zračenje koje vrši atmosfera od toplinske energije akumulirane apsorpcijom direktnog Sunčeva zračenja i apsorpcijom zračenja Zemljine površine. Ono je dugovalno, traje neprestano danju i noću i time djeluje na toplinske uvjete Zemlje. Zbroj direktnog Sunčeva zračenja i difuznog zračenja atmosfere što pada na Zemljinu površinu daje globalno Sunčevo zračenje, koje se naziva insolacija. Intenzitet insolacije na nekom mjestu općenito raste s porastom prozračnosti zraka, s porastom visine Sunca i s porastom nadmorske visine, a opada s povećanjem količine vodene pare u zraku. Dnevna insolacija zavisi još i od duljine dana. Na osnovi mjerenja može se zaključiti da srednji zbroj globalnog zračenja u toku godine raste sa smanjenjem geografske širine, isto kao i zbroj direktnog Sunčeva zračenja. Ali zbroj difuznog atmosferskog zračenja opada sa smanjenjem geografske širine do 60°, a zatim ponovo raste. To znači da u globalnom zračenju preteže utjecaj direktnog Sunčeva zračenja. Dio globalnog zračenja apsorbira Zemlja i na taj se način zagrijava, a drugi dio se reflektira natrag u atmosferu. Zračenje koje se vrši od zagrijane Zemljine površine natrag u atmosferu zove se Zemljina radijacija.

 

Intenzitet Zemljine radijacije zavisi od fizičko-kemijeskih svojstava i od temperature Zemlje. Ta radijacija traje neprekidno danju i noću, a osobito je izrazita pri vedru i suhu vremenu. Dugovalne toplinske zrake koje Zemlja zrači pri svojoj radijaciji apsorbira zrak iznad Zemljine površine. Zbog toga dolazi do zagrijavanja drugih slojeva atmosfere, a time i do protuzračenja atmosfere, koje kompenzira toplinu izgubljenu Zemljinom radijacijom. Oblačni sloj apsorbira toplinu koju zrači Zemlja i prenosi je na slojeve zraka ispod oblaka. Time se sprečava prijenos zračne topline u više slojeve atmosfere. Ograničenje je to veće što su oblaci niži. Pri magli je to ograničenje maksimalno. Dakle, u procesu razmjene topline atmosfera djeluje kao neka vrsta toplinskog filtra: propušta zrake direktnog Sunčeva zračenja prema Zemlji i zadržava (apsorbira) toplinske zrake koje Zemlja zrači. Kad ne bi bilo atmosfere, temperatura bi danju bila vrlo visoka, a noću niska. čime bi dnevne amplitude na Zemljinoj površini bile vrlo velike; srednja godišnja temperatura Zemljine površine bila bi -23°C , a ne oko +15°C, koliko se zapravo danas smatra.