描述
任何一個物體都能不斷地以輻射方式進行著熱量交換。地面和大氣與其他物體一樣，都在不斷地進行著這種熱量交換。地球收入的輻射(地面和大氣吸收的太陽輻射) 和支出輻射 (返回宇宙間的地面和大氣的長波輻射) 的差額，就是地-氣系統的輻射平衡。輻射差額由赤道到緯度30°地區為正值，在30°以外變為負值，其隨季節、緯度、雲量、雲狀、下墊面（指包括陸面、海洋、森林等地球表面）性質，以及大氣成分等因素而不同。
地—氣系統輻射平衡圖示表明，若到達大氣上界的太陽輻射為100個單位, 其中被大氣和地面反射回宇宙空間30個單位，其餘70個單位被地-氣系統吸收。與此同時，地面有6 個單位的能量, 大
氣有63個單位的能量以長波輻射的形式直接散發到宇宙空間。因此，從整個地-氣系統平均
狀況來看, 地球表面和大氣即地-氣系統作為一個整體輻射收支是平衡的，因而全球溫度並沒有明顯的升溫和變冷現象。
公式表達
地氣系統的輻射收入部分是地面和大氣吸收的太陽輻射；支出部分為發射到宇宙空間去的地面和大氣的長波輻射。其表達式為：
輻射差額 = 輻射收入 - 輻射支出
在沒有其它方式的熱交換時，輻射差額決定系統是升溫還是降溫。其為正值，表示地面收入的熱量多於支出的熱量，則地面溫度不斷升高；反之，則地溫不斷下降。，當其收支平衡，系統溫度就不變。其具體公式為：
地—氣系統輻射平衡
地—氣系統輻射平衡式中，為地面輻射差額
地—氣系統輻射平衡為到達地面的總輻射；
地—氣系統輻射平衡
地—氣系統輻射平衡為地面對總輻射的反射率，則為地面的吸收率；
地—氣系統輻射平衡為大氣所吸收的太陽輻射；
地—氣系統輻射平衡為地—氣系統放射到太空去的長波輻射 。
輻射平衡的觀測
1900年開始，地面就設立了太陽輻射的觀測，此時觀測僅局限於大陸上的某些點。
氣象衛星發射成功後，實現了全球輻射平衡的直接觀測。 1959年，在探測者7號衛星上首次成功進行了從空間測量行星輻射收支實驗，這項工作此後通過雨雲3號衛星的中解析度紅外輻射儀繼續進行。從1975年開始，在雨雲6號、7號衛星上安裝了地球輻射收支儀器，可以測量太陽常數。在20世紀70年代末到80年代初研製出更先進的地球輻射收支實驗儀器，在NOAA- 9、10號衛星和1984年開始的ERBS衛星上都安裝了這樣的儀器。這些觀測計畫一直延續至今，提供了全球範圍地-氣系統輻射平衡的豐富資料。
