簡史
有雲且不考慮大氣衰減時到達衛星的輻射內容
大氣輻射學的內容有以下幾方面:
太陽輻射在大氣中的衰減①地-氣系統輻射傳輸的基本物理過程和規律，包括太陽輻射(97％的能量在0.3～3微米波段內，輻射最強的波長在0.5微米附近)，地-氣系統輻射（絕大部分能量在4～80微米波段內，輻射最強波長在10微米附近），以及不同地表狀態、雲、氣溶膠、水汽、臭氧、二氧化碳等對輻射傳輸的影響（見反射率、大氣吸收光譜、大氣散射、大氣臭氧層、溫室效應）。
從非發光體表面反射的輻射與入射到該表面的總輻射之比，它是表征物體表面反射能力的物理量。絕對黑體的反射率為0，純白物體的反射率為1，實際物體的反射率介於0與1之間，可用小數或百分數表示。地-氣系統的反射率，它包括地面、雲和各種大氣成分對太陽輻射的反射能力及其總和。這些反射率決定著地-氣系統吸收太陽輻射的百分數。 物體對太陽輻射的反射能力。
大氣輻射學根據氣象衛星的觀測結果，整個地-氣系統的反射率約為30％，即約有30％的太陽輻射能被反射回太空，其中三分之二是雲反射的，其餘部分則被地面反射和被各種大氣成分所散射(見大氣環流的能量平衡和轉換)。雲的反射率同雲型和雲層厚度有關，約在20～70％之間。陸面、土壤的性質和植被類型不同，也能使反射率改變，但這些差異一般不超過10～20％。而冰和雪的覆蓋狀況能引起反射率顯著變化。例如，陸地被雪覆蓋或洋面結冰時，將使其反射率增大30～40％，新雪面更可使反射率增大60％左右。原先無雪的地區如有積雪，則因反射率增大，將使太陽輻射能量的收入大約減小60％。這種影響隨季節和緯度而不同，尤其明顯的是，北緯50°以南的地區，當春季出現積雪時，上空平均將減少大約150卡/（厘米2·天）的熱量收入。這樣的熱量收支變化，將產生明顯的氣候效應。
在極冰對氣候影響的機制研究中，有人認為：冰雪-反射率-溫度之間還存在“正反饋過程”，即冰雪的覆蓋增大地表的反射率，使地-氣系統吸收的輻射減少，從而降低氣溫，而降溫又將進一步使冰雪面積擴展，反射率繼續增大，造成溫度越來越低的現象。在這個正反饋過程的基礎上建立的氣候模式（見氣候模擬），已用於解釋古代冰期的形成和對未來氣候趨勢的推測。也有人認為：在實際大氣中，還存在著“負反饋過程”，它使氣候具有穩定化的趨勢（見極地氣象學）。
大氣吸收光譜②輻射傳輸方程的求解。輻射傳輸方程是描述輻射傳播通過介質時與介質發生相互作用（吸收、散射、發射等）而使輻射能按一定規律傳輸的方程，在地球大氣條件下，求解非常複雜，只能在一些假定下求得解析解，因此輻射傳輸方程的求解，一直是大氣輻射學研究的重要內容。
當溫度不是絕對零度時，大氣中的氣體（主要是氧和水汽）、水滴（雲、雨和霧）和冰滴(主要在冰雲中)均會輻射電磁能，並產生熱輻射噪聲。在微波波段，這種熱輻射噪聲的特性通常用亮度溫度來表征，亮度溫度與熱力學溫度之比稱為發射率。
分子中的電子從高能態躍遷到低能態時放出電磁能，形成輻射。分子吸收入射電磁能，使電子從低能態躍遷到高能態，形成吸收。一種分子具有的能態數是一定的。因此，它的輻射頻譜和吸收頻譜相同。根據基爾霍夫定律，發射率等於吸收係數。在氣體中，分子密度小，碰撞只使譜線加寬，仍是離散的。但在固體或液體中，分子密度很大，碰撞使譜線混在一起而形成連續譜，在所有的頻率上均有吸收和輻射。
在實際的大氣傳輸過程中，因吸收和散射而損失一部分能量；另一方面，大氣輻射又使總能量增加。求解描述這個過程的傳輸方程（忽略散射），即可得到觀測點上的亮度溫度T
式中光學厚度
；T(
)和α()分別為沿路徑點上的溫度和吸收係數。在散射影響可忽略的情況下，只要T()和α()採用相應的具體數值，大氣氣體、雨、雲和霧的亮度溫度均可採用上式求得。晴天時α()是氣體和水汽吸收係數之和；其他天氣時，α()是氣體吸收係數與雲、雨或霧的吸收係數之和。當波長較短或水滴較大時，則不可忽略散射的影響。這時，計算雲和雨亮度溫度的公式複雜得多。
假若大氣是球面分層，用Tm代替T()，則在天頂角θ方向上的亮度溫度可簡化為
T＝Tm【1-exp(-τ0
secθ)】
式中
為天頂方向上的光學厚度;Tm為平均輻射溫度。亮度溫度的一般變化規律是：當 τ0一定時，天頂方向上T 最小，水平方向上T 最大；τ0增大時，T值也增大，但T 值不會超過Tm值。晴天和天頂角不太大時，均可看到在氧和水汽譜線附近出現亮度溫度的峰值。
大氣輻射噪聲會對接收系統，特別是對噪聲係數很低的系統造成有害的影響。但在大氣無源微波遙感中，卻能利用大氣輻射噪聲的各種特性，測量大氣的溫度分布、水汽密度分布和雲中含水量等大氣參數。
③輻射與天氣、氣候關係的研究。它從地—氣系統輻射收支的角度來研究天氣和氣候的形成以及氣候變遷問題（見輻射差額）。
動向
大氣輻射學的研究，有兩個引人注目的動向：
①許多複雜的物理動力氣候學問題中，涉及到海洋、極冰、陸地表面的輻射和熱狀況，大氣中的雲、氣溶膠、二氧化碳等因子在輻射過程中對氣候所造成的影響，以及這些過程和大氣輻射過程之間複雜的相互作用和反饋關係。
②隨著大氣遙感技術的迅速發展，對紅外輻射吸收帶的研究和計算的要求很高；在輻射傳輸問題中，雲（特別是捲雲）的透過率變化很大，對輻射有很大的影響，也需要解決。這兩方面都是大氣輻射學今後研究的課題。
相關學科
大氣科學、氣候學、物候學、古氣候學、年輪氣候學、大氣化學、動力氣象學、大氣物理學、大氣邊界層物理、雲和降水物理學、雲和降水微物理學、雲動力學、雷達氣象學、無線電氣象學、大氣輻射學、大氣光學、大氣電學、平流層大氣物理學、大氣聲學、天氣學、熱帶氣象學、極地氣象學、衛星氣象學、生物氣象學、農業氣象學、森林氣象學、醫療氣象學、水文氣象學、建築氣象學、航海氣象學、航空氣象學、軍事氣象學、空氣污染氣象學。
