在辐射交换过程中，地面吸收与射出辐射的差额，又称净辐射。地表辐射平衡方程为：

R＝Q(1－β)－E₀

式中 Q是太阳总辐射；β是地表反射率；E₀是地表有效辐射；R是辐射差额或净辐射，习惯上称辐射平衡。净辐射为正值时表示地面净得辐射能量，得以加热地面并通过各种热交换使大气和土壤深层增温；反之，当净辐射为负时，地面将降温、冷却，因而大气和土壤深层反过来向地面输送热量。

影响地表净辐射的主要因子为太阳高度角、大气透明度、云量、云状、地表反射率以及地面温度、大气温度、湿度等。晴天时，净辐射具有明显的日变化，一般日间为正，夜间为负，最大值在午前出现，最小值在日落后出现，早晚有两次通过零值，发生在日出之后和日落之前的某一时刻。辐射平衡及其各分量的典型日变化可见图1。辐射平衡各分量可用仪器观测（见直接日射强度表、总辐射表和净辐射表）。1979年7月2日1 2时在拉萨（海拔3633米）观测到净辐射通量密度1116.8瓦/米²（6.70焦/厘米²·分），这是地面上迄今测得的最大净辐射值。

图1 晴天时辐射平衡各分量的日变化（南京，1979年5月28、31日平均）

辐射平衡各分量可用经验公式计算，净辐射可作为余项得到。М.И.布德科等自本世纪4 0年代以来系统地研究了辐射平衡的气候学问题，制订了各分量的气候计算方法，出版了全球辐射平衡各分量的月和年总量分布图。图2为全球净辐射年总量的分布。其基本特点：①全球净辐射年总量除极冰地区外均为正值；②净辐射年总量的最大值（大于1 40千卡/厘米²·年）出现在赤道附近的海洋上，由此分别向两半球高纬地区降低；③海洋上的净辐射年总量明显大于陆上，并在海陆沿岸产生等值线不连续；④在大陆的副热带沙漠地区出现闭合的低值中心（小于60千卡/厘米²·年）（见热量平衡）。

图2 全球净辐射年总量的分布（千卡/厘米²·年 1卡＝4.855焦）

地—气系统的净辐射指由地面至大气层顶这一体积内吸收的太阳辐射能与向太空放出长波辐射之差。南北半球各纬度带1、7月和全年平均地—气系统净辐射总量（千焦/厘米²·年）分布，如表。北半球冬季地—气系统净辐射除0～1 0°N带外全为负值，纬度越高，负值越大；夏季全为正值，并以中纬度最大；全年在40°以下为正。南半球的地—气系统净辐射比北半球大。地—气系统的净辐射减去地表净辐射即为大气净辐射。其值总是负的，主要靠地面输送热量补偿。

地—气系统净辐射总量分布（kJ·cm^-2·a^-1）

地表辐射平衡是气候形成的重要因子（见气候），辐射平衡理论和资料已用于气候形成、气候模拟、气候变迁和大气环流研究，辐射平衡资料又是计算地表热量平衡的基础。在农、林业生产中，观测和研究农田中和森林内的辐射状况，对了解农田小气候和森林小气候形成有重要意义。通过人工措施改变农田下垫面条件（如灌溉、施暗色有机肥料等）能改变农田地面辐射平衡，达到调节地面和近地层气温的目的。