任何一个物体都能不断地以辐射方式进行着热量交换。地面和大气与其它物体一样，都在不断地进行着这种热量交换。在某段时间内，物体的辐射收支差值称为辐射差额。当收入大于支出时，辐射差额为正值；反之，为负值；若收支相等，则称为辐射平衡。差额为正时，物体有热量盈余，温度将升高；反之，则温度降低。
地面辐射差额为地面所吸收的太阳总辐射及地面放出的长波辐射之差，以公式表示为：
Rg=(Q+q)(1-a)-F0
式中，Rg为地面辐射差额；(Q+q)是到达地面的总辐射，即直接辐射和散射辐射之和；a为地面对总辐射的反射率，(1-a)为地面的吸收率；F0为地面的有效辐射。
当地面收入的热量多于支出的热量，则地面温度不断升高；反之，则地温不断下降。
一般最高温度出现在从升温转为降温的转折点上，最低温度出现在从降温转为升温的转折点。因此，晴朗无云的天气里，地面温度最高值并不出现在太阳高度角最高的正午，而是在午后一点钟左右；最低温度出现稍迟于日出时刻。由于地面热量传输给大气，需要有一定时间，所以气温日变化的最高、最低稍落后于地温日变化的最高最低，这就是地面辐射差额的日变化情况。
地面辐射差额年变化因纬度而异，纬度愈低辐射差额正值的月份愈多；纬度愈高，辐射差额保持正值的月份就愈少。
如果把地面和对流层大气看成是一整体，来研究此系统的辐射差额，能更清楚地看出辐射差额随纬度分布的情况。这这个系统中，收入部分是由地面和大气所吸收的太阳辐射所组成，而支出部分则是辐射到宇宙空间去的地面和大气长波辐射。地气系统辐射差额是随纬度增高而由正值转变为负值的，在35°S到35°N之间的地气系统辐射差额为正值，在此范围以外的中、高纬度地区为负值。辐射差额的这种分布，也正是引起高低纬度之间大气环流和洋流产生的基本原因。
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