大气忽冷忽热，变化多端。那么，这种变化是怎么形成的呢？大气的能量又来自何处？
我们知道，太阳是一个极为炽热的气体球。其表面温度约10000度，中心温度估计有2000万度。太阳不断地把具有电磁能和高速粒子的辐射波向空间辐射。辐射是指物体以电磁波形式向外传递能量的一种方式。太阳以辐时的方式每秒钟向宇宙空间放射了相当于燃烧116000亿吨煤所产生的能量，地球仅能截获其二十亿分之一。但是，这已足够维持地球上的一切自然过程。如果没有太阳能作为基本动力，大气中的一切物理现象和过程就难以发生；如果没有太阳送来的光和热，一切生物就不能生长发育和繁衍后代。所以，人们常用“万物生长靠太阳”这一句话来形容太阳的巨大作用和威力。
因此，太阳是大气中能量的主要源泉。
太阳辐射
太阳时刻以电磁波的形式向宇宙空间传递能量，其能量的放射形式和放射出的能量本身，就称为太阳辐射。太阳辐射所放出的能量，称为太阳辐射能，简称太阳能。
太阳辐射包括电磁辐射和粒子辐射。这两类辐射，都能到达地球大气，其中有些还能到达地球表面。对于地球大气来说，太阳粒子辐射总能量很小，只有太阳电磁辐射总能量的千分之一左右，而且，大部分太阳粒子，都不能进入地球的主要大气层内，这部分辐射能量是可以忽略的。我们在这里所说的太阳辐射，指的就是太阳电磁辐射。
电磁辐射又称电磁波，它是以光速作波状运动的一种能量。太阳是一个巨大的氢反应堆，这里的聚变使氢燃烧，并转变成氦，从而发射出电磁波，这就是太阳电磁辐射。太阳发射电磁波的本领很强，其波长范围极宽，短至几万分之一微米，长至10万米。太阳电磁波包括波长比10-4微米还短的γ射线，波长为10-2—10-4微米的X射线，波长为0.01—0.39微米的紫外线，波长为0.4—0.76微米的可见光，波长为0.76—100微米的红外线，波长为100微米至数十厘米的微波，波长为数十厘米至100米的短波无线电波，波长为100—1700米的中波无线电波，以及波长为1700米至10万米的长波无线电波。太阳的能量，向宇宙空间的四面八方发射出去，地球截获的辐射能只是极微小的一部分，只有它的二十亿分之一，然而它足以使整个大气运动起来。
测量表明，到达地球外层大气的太阳辐射能量约为1368瓦/米2，或者是一平方厘米的面积，一分钟内获得的太阳辐射能量是1.95卡/厘米2·分。这个常数，称之为太阳常数，其数值常不一致，变动于1.90—2.09卡/厘米2·分之间。
太阳辐射先通过大气圈，然后到达地表，由于大气中的水汽、氧、臭氧、二氧化碳及一些固体杂质对太阳辐射有一定的吸收；空气分子、尘粒、云滴对大气有一定的散射和反射，使投射到大气上界的太阳辐射不能完全到达地面，所以在地球表面所呈现的太阳辐射强度比1.95卡/厘米2·分要少。一般说来，因反射和散射而折回宇宙空间的太阳辐射约占43％，为地球表面和大气所利用的仅占57％。在57％的太阳能中，有14％为大气直接吸收，其余的43％以直接阳光和散射光的形式到达地面。
地面辐射和大气辐射
我们知道，太阳辐射有43％被地球表面吸收了。那么，地球每天都吸收这么多的能量，温度是不是要越来越高呢？我们人还能不能生存下去？实际情况是：地球温度不会热得使我们生存不下去，也不会冷得把我们都冻成冰。
这是因为地球吸收了太阳辐射的能量，同时它又通过地面辐射的形式把所吸收的太阳辐射能量释放出去。这两者大致相等，因此又叫收支平衡。
夏天，我们站在太阳底下活动，会热得汗流浃背，而到了太阳下山，就感到凉快。我们感到的只是直接的太阳辐射，而对地球辐射却毫无感觉。原来，我们所感觉到的太阳辐射，与地表吸收的太阳辐射一样，主要是太阳辐射中能量最大的、波长较短的可见光辐射。而地球表面吸收太阳辐射后所释放出的辐射能量，却是另一种辐射，即一种波长较长、能量较低的辐射。地球保持辐射平衡时所需的平均温度约为250K，它比地面的实际平均温度（约300K）低得多，在这样的温度下，辐射能主要集中在3—120微米的波长范围内。显然，地面辐射的波长比太阳辐射的波长要长得多，因此，常把太阳辐射称为短波辐射，把地面辐射称为长波辐射。
气温变化
1.气温的日变化
大气的热量主要来源于地面和长波辐射，地面一方面吸收太阳的短波辐射得到热量，另一方面又放出长波辐射失去热量，如果获得的热量比失去的多，温度就升高；反之，失去的热量比获得的多，温度就降低。也就是说地温的高低并不直接决定于地面当时吸收太阳辐射的多少，而决定于地面储存热量的多少。早晨日出以后，随着太阳辐射的增强，地面得到的热量多，温度升高，此时地面放出的长波辐射随着温度升高而增强，大气吸收了地面的长波辐射，气温也跟着上升。到了正午，太阳辐射达到最强。正午以后地面太阳辐射强度虽然开始减弱，但得到的热量比失去的热量还是多些，地面储存的热量仍在增加，所以地温继续升高，长波辐射继续加强，气温也随着不断升高。到午后一定时间，地面得到的热量因为太阳辐射的进一步减弱少于失去的热量，这时地温开始下降。地面温度的最高值就出现在地面热量由储存转为损失，地面温度由上升转为下降的时刻。这个时刻通常在午后一点钟左右。由于地面的热量传递给空气需要一定的时间，所以最高气温出现在午后两点钟左右。随后气温便逐渐下降，一直下降到清晨日出之前地面储存的热量减到最小为止。所以最低气温出现在清晨日出前后，而不是在半夜。
2.气温的季节变化
地球上的天气并不完全受太阳条件所支配，还受到地球自身特点的影响。一方面，地球除了绕太阳公转9.66亿公里外，还以大约每小时1，690公里（在赤道）的速度，绕地轴作自西向东的自转。这种自转，决定了地球上的风和洋流的盛行方向，对天气的形成产生重要影响。另一方面，地球相对于它的绕日轨道平面是倾斜的，倾斜角是23.5度。地球的这种斜着身子旋转的特点，使日光照射到地球上任一地点的角度是有变化的，这也恰好说明了四季形成的真正原因。
有趣的是，地球上最宜人的时候并不在春分和秋分，最炎热和最寒冷的天气也不出现在夏至和冬至。这是因为太阳辐射加热地面、海洋和大气均需要时间，大气的冷却同样需要时间。这与地面附近气温的昼夜变化类似。一年时间内入射短波辐射能量，在夏至时最大，在冬至时最小；射出长波辐射能量在夏至后一个月达最大，冬至后一个月达最小。所以气温也在夏至和冬至后一个月达到最高和最低。同样，一年内入射辐射能量在春分和秋分时达到全年的平均值。射出辐射在春分和秋分后一个月达到全年的平均值，所以春分和秋分后一个月，那时的气温是全年中最宜人的。
上面所讲的射出辐射，是就陆地而言，或者说就地球上某一块大陆的中部而言。如果是海洋、岛上、沿海地区，情况就不一样了。在海上，一年中最高气温和最低气温不是出现在夏至和冬至后一个月，而是出现在夏至和冬至后两个月，即海洋上的气温以8月为最高，2月为最低。其实，一天之内也有这个问题，最高气温和最低气温不是出现在下午3点钟和清晨，而是出现在更晚一些的时候。为什么？因为入射的太阳辐射穿透固体表面的能力，远不如穿透水层的能力强。深度在200米以内的水层，水温变化直接与入射的太阳辐射有关，只有超过200米深度才不明显。另一原因是，陆地的热容量远不如海洋的热容量大。
3.陆地和海洋对气温的调节
性质不同的地球表面，吸收太阳辐射的热量，除了都向大气射出长波辐射外，还以不同的热量传输形式向大气输送热量。例如，海洋和大陆，它们都有向大气输送热量的途径。
热量传输有三种方式，传导、对流和辐射。关于辐射，我们前面已讲了很多。传导和对流与辐射有一点明显区别，就是传导和对流必须依靠媒介来传送，而辐射不需要媒介。我们在日常生活中，经常能碰到传导的实例，当用铝制饭盒装热饭菜时，不垫手绢或毛巾之类的东西，就会烫得端不起来，等等。这种热量传送，要靠物质的分子运动来传递。金属类都是很好的热导体，而地面和大气都是热的不良导体，所以通过这种方式交换的热量很少，与对流和辐射两种方式比起来，可以忽略不计。只有在考虑贴近地面层，特别在近地面几厘米薄的气层中的情况时，热传导才是重要的。
对流，是借助传热物质本身的运动或质点的运动来进行热量传输的。因此，它只能在液体或气体中进行。在对流过程中，运动着的物质携带它们在先前位置上所获得的热量，向新的位置传递。大气很易流动，所以对流是大气中热量传递的主要方式之一。通过对流，上下层空气互相混合，热量也就随之得到交换。
大气的热能主要来自地面，而地面情况有很大的差别。海洋和陆地，高山和深谷，高原和平原等，不同的地面情况，对气温的影响也不一样。其中海洋和陆地对气温的影响最大，它们是气温变化的调节师。
气候带
1.天文气候带与物理气候带
气候带是大致与纬圈平行，环绕地球呈连续带状分布的气候分类单位，是地球上最大的气候区域单位。从低纬度到高纬度，气候带按一定顺序分布。
气候带的划分是由最基本的气候形成因素——太阳辐射这一条件决定的。古代希腊亚里士多德就曾以南、北回归线和南、北极把地球气候划分为五个气候带，即：热带、北温带、南温带、北寒带、南寒带。称为天文气候带或数理气候带。这种古老的气候带划分方法，只是根据太阳高度和昼夜长短，所以也称为太阳气候带。
根据太阳气候带，每个气候带的面积占整个地球总面积的百分比是：热带占40％，温带占52％，寒带占8％。
温带处于中纬度地区，南北温度梯度大，气候有极大差异。温带如此大的面积，与实际气候分布很不相称。因此，温带一般又分为三个带，即：亚热带、温带和冷温带。赤道无风带是空气辐合的地带，除了全年高温外，也全年多雨，不论气候和植物都与热带其他地区有明显不同，况且热带面积也太大，所以又从热带中划出赤道气候带，热带就只包括赤道气候带与回归线之间的地区。这样，地球上的气候带就包括：赤道带、热带、副热带、温带、冷温带和寒带。
因为地球表面实际并不均匀，海陆分布、地形和洋流都影响气候，上述划分的各个副带并没有人们公认的界线。实际上，等温线并不与纬圈完全平行，用回归线和极圈划分的气候带与实际气候有很大差别，尤其是以高纬度地区最为突出；但是由于这种方法简单，并且能大致反映地球上的生物现象分布情况，所以至今还是被人们采用。
2.赤道气候带
赤道气候带出现在赤道无风带的范围内，包括南美洲亚马逊河流域，非洲扎伊河流域、几内亚沿海、及马来西亚、印度尼西亚和巴布亚新几内亚等地。太阳每年有两次越过天顶，温度在春、秋分以后有两个极大值，冬、夏季则为两个较凉季节，太阳徘徊于赤道附近，使赤道气候终年高温，年平均气温25℃—30℃，年较差极小，平均不到5℃，日较差相对比较大，平均达10℃，远大于年较差，真所谓“一天有四季”。赤道地区最高温度很少达到35℃，但因终年高温，终年闷热，只有短暂的海风，才能使闷热稍减，风息之后，又闷热异常。
赤道气候带降水丰沛，是地球上最多雨的地带。年降水量1000—2000毫米，2500毫米的情况也很常见，降水量全年分配均匀，没有明显的干季，降水多为对流雨。
赤道气候带位于东北信风和东南信风的辐合线上，温度水平分布均匀，气压梯度小，空气极少流动，风速微弱或静稳；所以海陆风易于发展。每日凉爽的海风，给人们带来短暂的舒适和快意。
3.热带气候带
热带气候带分布在赤道气候带与回归线之间，太阳高度仍然很高，常年高温，四季不明显，年平均气温在20℃以上，最冷月气候在15℃—18℃之间，年较差可大到12℃。晴朗干燥时气候还可高于赤道。最高温度可达43℃以上。夜间降温迅速，清晨可降至10℃，冬季还可出现霜冻。因为雨季出现于夏季，使夏季的温度降低，所以最热时期出现在雨季之前。但是雨季因为湿度大，常常感到闷热。雨季后温度又有升高。
热带虽然四季不明显，干湿季却十分显著。干、湿季转换时间各地稍有差异，雨季时间大致是5—10月，干季为11—4月。热带雨季的气候与赤道带相似，高温、多雨、闷热，日较差小，常间以短暂的晴朗天气，雨量在100—1500毫米之间。越靠近赤道雨季越长，干季越短，雨季以后的干季，在信风控制下，盛行下沉气流，气候干燥，相对湿度60%—70％，雨量极少，植物凋萎，土壤干裂。
热带夏季，海洋面上水温在26.5℃以上。热带气旋（台风）每易发生，台风路径在热带多为向西行进，然后向北，出了热带，则向东行进。在热带气候行进路上，如无减灾防灾措施，就可能遭受洪水和暴风袭击，造成生命财产损失。
4.副热带气候带
副热带也称为亚热带，副热带气候带出现在副热带高压控制的地带，一年中的大部分时间受信风吹拂，盛行下沉气流，地面温度高，日照强，少云，大气稳定，气候干燥。沙漠广泛分布，撒哈拉，澳大利亚，阿拉伯半岛，喀拉哈里，阿塔卡马等热带沙漠或信风沙漠，都分布在副热带高压带笼罩的范围内。只有在大陆东岸，因为有暖洋流经过，又迎着信风。气候才变得潮湿。
