Атмосферные процессы сопровождаются перераспределением огромных количеств энергии (в конечном счете все виды энергии — тепло). Для нашей планеты существуют три потенциальных источника тепловой энергии: лучистая энергия Солнца (солнечная радиация), энергия звезд и солнечная, отраженная от Луны, и, наконец, внутреннее тепло остывающей Земли, поступающее на поверхность в результате тектонических процессов с термальными водами, гейзерами и пр. Энергия звезд и внутреннее тепло Земли ничтожно мало по сравнению с солнечной радиацией, поэтому лучистую энергию Солнца рассматривают как единственный источник всех энергетических процессов на Земле.
Распределение энергии в спектре Солнца по длинам волн неравномерно. Его можно аппроксимировать законом Планка. Около 99% солнечной энергии приходится на длины волн г от 0,1 до 4 мкм. Эти волны называются короткими. Только один процент солнечной энергии приходится на длинные волны (г > 4 мкм). В коротковолновом участке солнечного спектра можно выделить ультрофиолетовые волны (0,1 — 0,4 мкм), видимые волны (0,4 — 0,78 мкм) и ближние инфракрасные волны (0,78 — 4 мкм). На видимый участок солнечного спектра приходится почти половина энергии, излучаемой Солнцем. В видимом участке спектра самые короткие фиолетовые волны, а самые длинные — красные.
На ультрафиолетовую часть приходится около 5%, видимую — 52% и на инфракрасную — 43%. В видимом участке спектра самые короткие фиолетовые волны. Максимум солнечного излучения приходится на волны длиной 0,47 мкм, что соответствует сине-голубому участи солнечного спектра. Самые длинные волны — красные.
У поверхности Земли на ультрафиолетовую часть спектра приходится около 1%, видимую — около 40% и инфракрасную — около 60%. Максимум излучения здесь приходится на длины волн около 0,56 мкм, что соответствует желто-зеленому участку спектра.
Солнечная радиация в атмосфере поглощается преимущественно озоном (ультрафиолетовые лучи), водяным паром и углекислым газом, также облаками и твердыми частицами примесей. В солнечном спектре у Земли не наблюдаются волны короче 0,29 мкм.
Атмосферный воздух — оптически неоднородная среда, рассеивающая лучистую энергию Солнца. В результате чего, например, освещаются места, куда не проникают прямые солнечные лучи. Рассеяние лучистой энергии в атмосфере происходит двояко: на молекулах и в аэрозоле. Интенсивность молекулярного и аэрозольного рассеяния различны. В результате этого процентное содержание лучей различной длины волн постоянно меняется, меняется и цвет небесной сферы, солнечного диска и пр. Электромагнитное коротковолновое излучение Солнца поступает к земной поверхности в виде прямой радиации, рассеянной и суммарной.
