辐射平衡（equilibrium radiation）是指一个物体或系统的辐射能量收支相等时的状况。辐射能量收入和支出的差值称为辐射差额。当收入大于支出时，差额为正，即有净辐射；当收入小于支出时，差额为负。在气候学中，辐射差额指地球表面、大气或地- 气系统辐射能量收入与支出的差额。它是气候形成的重要因子之一。

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。

太阳辐射是地球上的能量源泉，它是天气和气候形成及变化的基础.太阳辐射是主要的气候因子，地球上热量的转换，水汽的蒸发、凝结和输送，都取决于太阳辐射的收支.长时期空气柱的平均温度主要决定于地面长波辐射，地面长波辐射最终又与太阳人射辐射相联系，各月平均温度的南北梯度与太阳有效辐射的南北梯度基本上是一致的，这反映了温度场结构是与太阳辐射作用有密切的关系.对流圈西风急流强度位移，副热带高压进退伸展，东风波强度变异等等，无不与太阳辐射的分布密切相关，这表明了太阳辐射作用是大气运动变化的直接原因。

因此，对辐射平衡的研究，不论是在探讨天气和气候的形成机理方面，或是在分析天气和气候特征及其变化规律方面，都具有重要意义.此外，太阳辐射涉及光、热资源间题.人类生活和工农业生产建设需要根据各地的太阳辐射收支提供各种光热指标和参量.所以太阳辐射收支的研究同样具有很大的实用价值。

太阳辐射及辐射平衡的研究，在19世纪已经开展，当时已发明了日射观测仪器，并计算了天文辐射量随纬度和季节的变化。

20世纪以来，不少学者分别提出了确定地球上或某些地区辐射平衡收支项的特征及其气候计算方法，并编写了太阳辐射能和地球上辐射平衡的专著.接着又有不少这方面的研究和著作发表。如Robinson的太阳辐射，Paltridge 等的气象学与气候学中的辐射过程。

我国辐射平衡及其分量的计算分析已有很大发展，早在五十年代内，一些学者就在比较各种方法的基础上提出了计算中国总辐射的公式，并对我国总辐射的年总量和季总量进行了计算分析。六十年代以后，短波辐射各分量的关系有了研究;计算已从年、季推进到月总量；公式中的系数也按中国地区取值。同时，长波辐射的计算也已开展，如用8种辐射图解计算了北京地区的长波辐射，并进行了讨论比较。

此外，还有不少人计算分析了我国一些地区的辐射气候特征。我们从1964年开始，利用我国一些台站的实测资料.对我国直达辐射、散射辐射、总辐射、反射辐射、有效辐射及辐射平衡六个分量的计算方法和时空分布进行了比较系统完整的研究。

我们所取的资料在时间空间上都有很大的增加和扩充;计算各个分量时对国内外的主要公式都进行了比较，选用其中精度最好的方法;为了能使计算更为精确，公式中的系数不用固定的常数，而是随季节和地理特征而变化的;计算结果并与实测值和国外主要公式计算结果进行对照比较.我们的结果误差较小，相对误差一般都小于，极少数超过10%。

地球表面由于吸收太阳辐射而获得热量，同时本身也以长波辐射的方式放出热量，这种辐射收支差额即为辐射平衡值。若以R为辐射平衡，S为直达辐射，D为散射辐射，Q为总辐射，而Q=S+D都是短波辐射。α为地面反射率，E为有效辐射，则一个地区表面的辐射平衡方程可表示为： 。

我国辐射平衡年总量低值区在川黔地区，数值只有35千卡/厘米2.年左右，高值区在海南岛，数值可达70-80千卡/厘米2·年，其他地区在40-60千卡/厘米2·年之间变动。

东部整个地区的辐射平衡年总量为50-60千卡/厘米2，东北和浙闽地区稍低，华北和两广稍高，这是因为东北太阳高度低，日照时间短，浙闽地区虽然太阳高度高些，但水汽充沛，故辐射平衡量相近。

云南西部所处纬度虽低，但辐射平衡量反比纬度较高的青海地区为低，青海辐射平衡年总量有60千卡/厘米2，而云南西部只有50千卡/厘米2·年，这完全是受西南季风影响的关系。

西藏高原地势高，直达辐射量大，但散射辐射小，反射率和有效辐射量大;新疆地区直达辐射量不如西藏大，但是散射辐射大，有效辐射量和反射率比西藏小，因此西藏高原和新疆地区的辐射平衡年总量相差不大。

地面辐射平衡（地面净辐射）

单位时间、单位面积地表面吸收的太阳总辐射和地面有效辐射之差称为地面辐射平衡或地面辐射差额或地面净辐射量。用地面辐射平衡公式表示： 。RLu为地面辐射，RLd为大气辐射，α为行星反射率，

地面辐射能量的收支，决定于地面的辐射差额。当Rg>0时，即地面所吸收的太阳辐射大于地面的有效辐射，地面将有热量的积累；当Rg<0时，则地面因辐射而有热量的亏损。

（1）影响地面辐射差额的因子

影响地面辐射差额的因子很多，除了总辐射和有效辐射的因子外，还应考虑地面反射率的影响。反射率是由不同的地面性质决定的，所以不同的地理环境、不同的气候条件下，地面辐射差额值有显著的差异。

（2）地面辐射差额的日变化

一般夜间为负，白天为正。由负值转到正值的时刻一般在日出后1h，由正值转到负值的时刻一般在日落前1-1.5h。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。

（3）地面辐射差额的年变化

引起年变化的原因是太阳高度的年变化、地表状况反射状况的变化、各雨带的季节性变化。在一年中，一般夏季辐射差额为正，冬季为负值。通常最大值在夏季，受雨季的影响，地面辐射差额的最大值可能出现在雨季的前后；最小值在冬季。不同纬度上，地面辐射差额年变化不同，在23.5SN纬度之间，地面辐射差额的年变化曲线是双峰型，即一年有两次最大值；在23.5NS以北或以南，地面辐射差额的年变化是单峰型。

（4）地面辐射差额年平均总量的空间分布特点(最大、最小值、原因)

①地面辐射差额随纬度的增加而减少，最高值出现在低纬度，最低值出现在高纬度。从大陆到海洋，等值线在沿海出现中断，因为海洋与大陆的反射率差异较大，因而等值线不连续。

②在整个洋面和大陆表面上，地面辐射差额年总量都是正的。但在具有稳定的冰雪覆盖的格陵兰中部和南极大陆出现负地面辐射差额年总量。

③大陆表面最大值出现在潮湿的热带地区，但比同纬度的海洋表面小得多；干旱地区地面辐射差额比同纬度湿润地区和过分湿润地区小得多。

（5）我国的辐射差额特点

受季风气候和地形的影响，台湾西南最大，其次是青藏高原河谷地区和内蒙高原东部。低值中心在湿润多云的川黔山地，以长江流域以南的广大地区。天山地区积雪较多，也是一低值区。

大气的辐射平衡

整个大气层的辐射差额是负值，大气要维持热平衡，还要靠地面以其他方式来输送热量给大气。

表达式为： ，其中Ra ：整个大气层所吸收的太阳辐射。Rln、R∞：地面和大气上界的有效辐射。

大气辐射平衡值R：在绝大多数情况下为负值, 总是失去能量。

我国对流层大气辐射平衡值的分布图表明, 一月份Rn的最大值在云南、广西一带, 可达1 60wm以上, 长江以南地区基本在10wm以上。西藏高原和东北地区中部Rn值最小, 在60wm以下。七月份大气辐射平衡值远较一月份小, 表明这时太阳辐射较强, 使大气层吸收的太阳辐射增加, 总的辐射能损失减小。此时Rn的最大值在我国西南的边缘地区, 可达80wm以上, 长江中下游, 东北地区中部,新疆北部、塔里木盆地及甘肃和内蒙西部R . 值最小, 不超过20wm。

这一方面与太阳辐射较强有关, 另一方面也与这些地区的云量和下垫面温度有关, 云量较多将减少地一气系统的长波射出辐射, 而下垫面温度较高可使得地面有效辐射增加, 这些因素都有助于大气层能量的增加。

地-气系统的辐射平衡

地球-大气系统是指以地球表面为下限, 大气上界为上限的空间系统。地气系统的辐射平衡是指在大气顶部地气系统收入的太阳辐射总量和向宇宙空间逃逸出去的长波辐射之差。只有从卫星上才能直接观测到地球-大气系统的辐射平衡。这是地-气系统重要的能量循环过程。对于全球来讲, 地-气系统的辐射平衡为零, 但对于个别地区而言则可正可负。因此, 它将极大地影响着地球上各种天气过程的发生、发展, 并产生不同时间、空间尺度的气候变化。

地-气系统的辐射平衡：如果把地面和大气视为一个系统，此系统的辐射能收支差额称为地-气系统辐射平衡。表示为：

Rs =(S+D) (1-α) +q0-F∞，其中α为行星反射率，qa和F∞分别为大气吸收的太阳辐射和大气上界的有效辐射。

地气系统的辐射差额收支情况：就个别地区来说，地气系统的辐射差额既可以为正，也可以为负。但就整个地气系统来说，这种辐射差额的多年平均应为零。

地－气系统的辐射差额减去地球表面的辐射差额即为大气圈的辐射差额。由于在任何纬度上，地球表面的辐射差额均大于地气系统的辐射差额,所以在任何纬度上的大气辐射差额都是负值，而且不同纬度上辐射差额的变化是比较小的。就全球范围而言,长年平均状况的辐射是近似平衡的,大气系统的辐射差额为负，地面辐射差额为正，地面通过潜热和感热通量向大气输送热量，以达到大气系统的热量平衡。

地-气系统的辐射差额随纬度增加而减少,逐渐由正值变成负值，正负值转换的纬度又因季节而向北或南位移。总的来说，低纬度地区地-气系统有热量盈余,高纬度地区地-气系统有热量亏损。这个特征决定了地球上温度分布的基本形势，在大气环流和不同下垫面（海陆分布、地势起伏、地面性状等）的作用下形成地球上复杂多样的气候。