產生機理
地表面的實際平均溫度約為300K（開爾文溫度單位），對流層大氣的平均溫度約為250K。在這樣的溫度條件下，地面和大氣的輻射能主要集中在3—120微米的波長範圍內，均為肉眼所不能看見的紅外輻射。這比太陽輻射的波長(0.15—4微米)要長得多。因此,氣象學上把地面和大氣的輻射稱為長波輻射。
地面長波輻射大部分被雲體和大氣層吸收，一小部分透過大氣層直射太空；大氣（包括雲）同時也向太空放出長波輻射，這兩者之和組成由地氣系統進入宇宙空間的熱輻射就統稱為地球輻射。它表示地氣系統由於放出熱輻射而冷卻。在地球輻射中，由地面向上發射的長波輻射稱為地面輻射或地面射出輻射，大氣發射的長波輻射稱為大氣輻射，大氣向下發射的長波輻射稱為大氣逆輻射。地球輻射的輻射源是地球，其波長範圍約為4～120微米，為長波輻射。輻射能量的99%集中在3微米以上的波長範圍內。地球輻射的最強波長約為9.7微米 。
分類
長波輻射長波輻射是波長大於4μm的輻射，它只有熱效應，也稱為熱輻射。由於地面和大氣的溫度遠比太陽溫度低（200－300k），所以地面和大氣發射能量的絕大部分（99%）是波長為4－40μm範圍內的長波輻射 。
一、地面輻射（surface radiation）
地面日夜不停地發射長波輻射，稱為地面輻射。以L0表示地面輻射通量密度。 大氣中的水汽、雲和二氧化碳能吸收地面輻射通量的75%以上。
二、大氣輻射（atmospheric radiation）
大氣也是輻射體，它向外發射出長波輻射，稱為大氣輻射。大氣發射或吸收長波輻射的主要成分是水汽和二氧化碳。 伊沙和傑克遜根據史蒂芬波爾茲曼定律，提出了一個計算大氣輻射通量密度的公式。 大氣輻射朝向四面八方，其中向下的部分稱為大氣逆輻射。它到達地面後，有很小一部分被地面反射，大部分被地面吸收，以Lα表示被地面吸收的大氣逆輻射通量密度。大氣逆輻射的強弱與大氣層的溫度、濕度、雲量等因素有關。
特徵
地面輻射的特點
地面的輻射能力，主要決定於地面本身的溫度。由於輻射能力隨輻射體溫度的增高而增強，所以，白天，地面溫度較高，地面輻射較強；夜間，地面溫度較低，地面輻射較弱。理論和實踐證明：物體的溫度愈高，則輻射波長愈短；物體的溫度愈低，則輻射波長愈長。
地面的輻射是長波輻射，除部分透過大氣奔向宇宙外，大部分被大氣中水汽和二氧化碳所吸收，其中水汽對長波輻射的吸收更為顯著。因此，大氣，尤其是對流層中的大氣，主要靠吸收地面輻射而增熱。
大氣輻射的特點
大氣輻射與太陽的短波輻射相比，長波輻射在大氣的傳播過程中有以下特點：
(1)輻射源：地球和大氣。
(2)通過大氣的任一平面射出具有各個方向的漫射輻射。
(3)大氣對長波輻射的散射削弱作用極小，可以忽略不計(雲和塵埃等大顆粒較多的情況除外)。因而研究長波輻射的時候，往往只考慮吸收作用，而忽略散射。
(4)大氣削弱輻射的同時，也在放射輻射，有時甚至其放射的輻射會超出吸收的部分，因此必須將大氣的放射與吸收同時考慮。長波輻射在大氣中的傳輸是漫射輻射，是在無散射，但是既有吸收又有放射的介質中的傳輸。
地-氣系統中的長波輻射
在地球輻射中，由地面向上發射的長波輻射稱為地面輻射或地面射出輻射，大氣發射的長波輻射稱為大氣輻射，大氣向下發射的長波輻射稱為大氣逆輻射。
(1)地面輻射(ground radiation)
地球表面在吸收太陽輻射的同時，又將其中的大部分能量以輻射的方式傳送給大氣。地表面這種以其本身的熱量日夜不停地向外放射輻射的方式，稱為地面輻射。
地面的輻射能力，主要決定於地面本身的溫度。由於輻射能力隨輻射體溫度的增高而增強，所以，白天，地面溫度較高，地面輻射較強;夜間，地面溫度較低，地面輻射較弱。理論和實踐證明:物體的溫度愈高，則輻射波長愈短;物體的溫度愈低，則輻射波長愈長 。
(2)大氣輻射(atmospheric radiation)
大氣吸收地面長波輻射的同時，又以輻射的方式向外放射能量，大氣這種向外放射能量的方式，稱為大氣輻射。由於大氣本身的溫度也低，放射的輻射能的波長較長，故也稱為大氣長波輻射。
(3)大氣逆輻射 (atmospheric counter radiation)
大氣輻射的方向既有向上的，也有向下的。大氣輻射中向下的那一部大氣輻射部分，剛好和地面輻射的方向相反，所以稱為大氣逆輻射。大氣逆輻射是地面獲得熱量的重要來源。
