1. 태양 복사
기상 변화를 가져오는 가장 큰 원인은 일사입니다. 모든 물체는 그 표면 온도에 해당하는 세기의 에너지를 방출하고 있습니다. 이것을 복사라 합니다. 물체는 스스로 밖으로 복사 에너지를 방출하는 동시에 다른 물체에서 나온 복사를 흡수하는 성질이 있습니다. 난로 옆에 있을 때 따뜻하게 느껴지는 것은 난로에서 복사된 에너지를 피부가 흡수하기 때문입니다. 태양의 표면은 약 6000K라고 하는 높은 온도이고, 상당히 막대한 에너지를 방출하고 있습니다. 이것을 태양 복사, 일사라고 합니다. 태양에서 방출된 복사는 모든 방향으로 퍼지므로 거리의 제곱에 반비례하여 약해집니다. 일사가 공기 분자와 충돌하면 일사 에너지의 진행 방향이 여러 방향으로 흩어집니다. 이를 산란이라 합니다. 진공 속에서는 태양에서 똑바로 지구를 진행해 온 일사가 여러 방향으로 흩어지기 때문에 지구에 도달하는 비율이 적습니다. 일사 가운데 파장이 짧은 부분은 대기의 상층에서 공기의 입자에 흡수됩니다. 흡수된 파장 부분은 지표면에는 도달하지 않습니다. 구름이 있을 때에는 구름 위에서 반사되고 또 일부는 구름에 흡수됩니다. 여러 가지 변화를 받으면서 지표면에 도달한 일사도 그 전부가 지표면에 흡수되는 것은 아닙니다. 일부분은 지표면에서 반사됩니다. 지표면에서 일사가 반사되는 비율은 지질이나 식물의 유무 등에 의해서도 다르고, 육지와 수면과도 다릅니다. 가장 강하게 반사하는 것은 새 적설면이나 얼음면입니다. 새 적설면에서의 반사율은 80% 정도입니다. 일사가 지표면에 도달하기까지 받는 여러 가지 영향과 지표면의 반사율 등을 전부 생각해 보면 지표면에 흡수되는 일사의 세기는 지구 대기의 바깥쪽에 도달한 일사의 세기의 약 절반에 지나지 않습니다. 지표면에 도달하는 일사의 세기를 일사계로 재어 보면 태양 고도에 의해 변화하는 것을 알 수 있습니다. 즉, 지구상의 각지에 있어서 일사의 세기는 위도에 따라 다릅니다. 같은 위도에서도 계절에 따라 또 하루의 시각에 따라 다릅니다. 태양 고도가 낮으면 일사가 지표면에 도달하기까지 보다 두꺼운 대기층을 통과해야만 합니다. 이때 여러 가지 이유로 일사가 약화되는데 그 약해지는 모양은 대기층이 두꺼울수록 낮아집니다. 일사에 직각인 단위 면적을 통과하는 에너지의 양은 태양 고도가 낮을 경우에는 지표면에 닿으면 넓은 면적으로 퍼지게 됩니다. 그래서 지표면의 단위 면적이 받는 일사량이 적어집니다.
2. 지구 복사
지표면이 일사를 받으면 온도가 오르지만 지표면도 또한 항상 그 온도에 따른 복사 에너지를 방출합니다. 지표면뿐만 아니라 지구를 에워싸는 대기도 그 온도에 따른 복사 에너지를 방출하고 있습니다. 지표면에서의 복사와 대기로부터의 복사를 합해서 지구 복사라 합니다. 지표면의 온도는 지구 전체를 평균하면 15도 정도입니다. 일반적으로 온도가 낮은 물체에서 방출되는 복사 파장은 고온의 물체에서의 복사 파장에 비하여 길므로 장파 복사라 합니다. 지표면이 태양 복사를 받아 따뜻해져서 그 온도가 오르면 지표면에서 방출되는 장파 복사량도 많아진다. 그리고 지표면에 들어오는 일사량과 나가는 장파 복사량이 같아지면 지표면의 온도 상승은 멈추게 됩니다. 그 시각은 대략 오후 1시경입니다. 하층의 대기에 대해서도 지표면에서 들어어는 열량과 대기에서 방출되는 열량이 같아지면 기온의 상승은 멈추게 됩니다. 그 시각은 대략 오후 2시경입니다. 오후 2시 후에는 하층의 대기에 들어오는 열보다 나가는 열이 많아져서 기온은 내려가기 시작합니다. 밤이 되면 일사는 없어지므로 지표면의 온도나 기온도 계속 내려갑니다. 밤의 온도가 내려가는 정도는 맑은 날에는 크고, 흐리거나 비 오는 날에는 작아집니다. 구름이 있을 때에는 지표면에서의 복사가 구름에 흡수되어 그 일부분이 지표면으로 돌아오므로 지표면 온도는 낮아집니다. 지표면에서의 장파 복사는 구름에 흡수될 뿐만 아니라 하층의 대기 중의 수증기에 의해서도 흡수되어 그 일부는 지표면으로 되돌아옵니다. 태양 복사와 지구 복사 외에도 기온을 변화시키는 중요한 원인에는 바람에 의해 열이 운반되는 온도의 이류가 있습니다. 일반적으로 기온은 북쪽일수록 낮고 남쪽일수록 높습니다. 이 때문에 북풍이 불면 온도가 낮은 공기가 운반되고 남풍이 불면 온도가 높은 공기가 운반되기 때문에 온도의 변화가 생기는 것입니다. 기온이 올라가야 하는 낮에 기온이 내려가거나, 기온이 내려가야 하는 밤중에 기온이 올라가는 일이 있습니다. 이것은 갑자기 풍향이 바뀌어서 다른 공기가 들어오기 때문입니다. 대기 하층의 기온은 지묘면의 열이 전도되어 올라간 것인데 상공으로 갈수록 그 영향은 약해집니다. 이것 때문에 상공에서 온도의 변화는 이류의 영향을 강하게 받습니다.