海陆表面的热能主要来自太阳，太阳辐射能是大气中一切物理过程的原动力。各地气候差异的基本原因是太阳辐射能量在地球上分布不均匀。各地全年所得太阳辐射因纬度而异即随着纬度的增高而减少。各地所得太阳辐射量的季节变化也因纬度而不同，即随纬度的增高季节变化加大。由此可看出都表现在纬度的差异上。
如果把地面和上面的空气柱看作是一个整体，那么收入的辐射(地面和大气吸收的太阳辐射)和支出辐射(返回宇宙间的地面和大气的长波辐射)的差额,就是地一气系统的辐射平衡。辐射差额赤道最大，向高纬度逐渐变小由赤道到纬度30°地区为正值，在30°以北变为负值。它的绝对值向高纬度增加而到极地为最大。由此可见，热带和副热带热量收入大于支出，而温度和寒带则支出大于收入，因此必然会发生热量由赤道向两极输送的情况。
我们分析一下纬度所引起的辐射因子的最简单的情况，也就是在大气上界的太阳辐射情况，即天文辐射。因为大气上界排除了大气对太阳辐射的影响，那么，太阳光热的分布，只受日地距离、日照时数和太阳高度(即太阳入射角)三个因素的影响，尽管这是一种纯理论研究的理想情况，但它与今天地表面的实际辐射情况大体相似，而且，它是实际辐射情况的基础，是今天世界辐射分布和气候状况的基本轮廓。因此，它是具有现实意义的。
表13-1 水平面上天文辐射日总量（卡／厘米2·日）
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纬度日总量日期 |
90°N |
70°N |
50°N |
30°N |
10°N |
0°N |
10°S |
30°S |
50°S |
70°S |
90°S |
|
春分 |
0 |
316 |
593 |
799 |
909 |
923 |
909 |
799 |
593 |
316 |
0 |
|
夏至 |
1110 |
1043 |
1020 |
1005 |
900 |
814 |
708 |
450 |
170 |
0 |
0 |
|
秋分 |
0 |
312 |
312 |
789 |
898 |
912 |
898 |
789 |
596 |
312 |
0 |
|
冬至 |
0 |
0 |
181 |
480 |
756 |
869 |
962 |
1073 |
1089 |
11145 |
1195 |
表13-2 北半球各纬度冬夏半年和全年辐射量（千卡／厘米2）
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纬度辐射量日期 |
0° |
10° |
20° |
30° |
40° |
50° |
60° |
70° |
80° |
90° |
|
夏半年 |
160.6 |
170.0 |
174.6 |
174.4 |
169.7 |
160.9 |
149.1 |
138.7 |
134.5 |
133.3 |
|
冬半年 |
160.6 |
146.8 |
129.0 |
107.8 |
84.0 |
58.7 |
33.6 |
134.4 |
3.24 |
0 |
|
全年 |
321.2 |
316.8 |
303.6 |
282.2 |
253.7 |
219.6 |
182.7 |
152.1 |
137.8 |
133.3 |
(1)天文辐射日总量的分布在纬度方向上是不均衡的。在春、秋分日，太阳直射赤道，单位面积上所获得太阳光热最多，而且在南北半球各相当纬度的太阳高度角对称分布，大致相同，日照时间也相等，获得等量的太阳辐射，并向两极逐渐减少。故赤道地区全年有两个最高值(春分日和秋分日)，使低纬度气温的年变化具有"双峰型"的特点。在夏至日，太阳直射北回归线，这时南极圈以内的地区出现极夜，日照时间自南极圈向北逐渐增大；太阳高度自南极圈的0°逐渐向北增大，至北回归线达最高，再向北又逐渐减小。因此，太阳辐射的分布自南极圈起向北递增。在北极圈附近，由于日照时数的增长大于因太阳高度角的减小而少得的太阳辐射，所以到达北极出现了最高值(冬至日情况与此相反)。这样，就使高、中纬度的气温年变化呈现“单峰型”的特点。
(2)天文辐射日总量的年变化，是随纬度的增高而加大的。赤道上为109卡/厘
米2·日,极地则为1110卡/厘米2·日,二者相差10倍。这和气温年变化随纬度的增高而加大的特点是一致的。
(3)天文辐射的年总量随纬度的增高而递减。最高值出现在赤道，最小值在极地。这正和赤道在一年之内太阳高度角最大，获得的热量最多，气温是随纬度的增高而降低的规律相符合。
(4)太阳辐射最高值，夏半年在20°N～30°N附近的地区，由此向南、向北减少，且南北之间的辐射量差异小。这和夏季热赤道随着太阳直射点的北移、南北温差较小的特点相吻合；而冬半年则出现在赤道，随纬度的增高而减小，且南北之间的辐射量相差较大。这与冬半年南北温差较大的特点是一致的。
(5)同一纬度地带，日、季、年辐射量到处都相同，这表明天文辐射具有纬向带状分布的特点。这就是气温呈纬向分布的基本原因。
天文辐射的纬向分布特点，使地球上出现相应的纬向气候带，如赤道带、热带、副热带、温带、寒带等，都称为天文气候带。这是理想的气候带，而实际气候远为复杂，但这已形成全球气候的基本轮廓。