物体との相互作用によって電磁波に起こることには、 射出、吸収と散乱がある。
射出は光子の発生であり、 物体のもつ内部エネルギー(分子運動のエネルギー)が 電磁波のエネルギーに変わる。 吸収は光子の消滅であり、 電磁波のエネルギーが物体の内部エネルギーに変わる。 (対流圏・成層圏の大気では電磁波を吸収した成分の分子とその他の分子との間の衝突が じゅうぶん頻繁なので、成分別に分けない大気の内部エネルギーと考えてよい。)
散乱は、光子の存在には変わりはなく、 物体も正味でエネルギーを得ないが、光子の向きが変えられる。
物体の層とのかかわりで電磁波によるエネルギーの流れに起こることは、 射出、吸収、 透過、反射である。
物体中に含まれる粒子による電磁波の散乱は、 出力の電磁波の向きが入力の電磁波の向きに近い場合(前方散乱)は透過、 その反対に近い場合(後方散乱)は反射にまとめられる。 透過にはこのほかに、電磁波が物体とまったく相互作用しない場合が含まれる。
不透明な物体では、透過はないので、その表面で起こることは、 射出、吸収、反射である。 入射する放射は吸収されるか反射されるかで、(波長別に)吸収率と反射率の合計が 1 になる。 射出される放射は同じ温度の黒体放射に(波長別の)射出率をかけたものである。 吸収率と射出率はひとしい(放射に関するキルヒホッフの法則)。
地球大気では、太陽放射と地球放射(大気・海・陸を含めた地球上の物体から射出される放射)の 波長域の重なりが少ないので、 気象学では、波長約4μmを境に、 波長の短い側を太陽放射または短波放射、 長い側を地球放射または長波放射として 分けて扱うことが多い。 (ラジオ放送でいう「短波」「長波」は違う波長域をさすので、文脈で区別する必要がある。)
| 太陽放射 | 地球放射 | |||
|---|---|---|---|---|
| 紫外線 | 可視・近赤外 | 熱赤外 | ||
| 気体成分 | N2、O2、Ar | ほぼ透過、レイリー散乱 | ほぼ透過 | |
| 水蒸気、CO2など | 吸収・射出 (振動・回転バンド) | |||
| オゾン | 吸収 (光化学) | |||
| 雲・エーロゾル | (白) | ミー散乱 | 吸収・射出 (黒体に近い) | |
| (黒) | 吸収 | |||
| 地表面(陸・水域) | 吸収、反射 | 吸収・射出 (黒体に近い) | ||
太陽放射は、地上で見ると、各時刻ごとに、天の狭い範囲から、ほぼ平行な光線として届く。
大気による散乱を受けず方向性をもったまま届く部分を直達光、
散乱を受けて方向がランダムになった部分を
日射量とは、太陽放射のエネルギーフラックス密度 (単位面積・単位時間あたりのエネルギーの流れ) のことである。
地表面の面積あたりの太陽放射エネルギーフラックス密度を全天日射量 という。これは直達日射量と散乱日射量に分けられる。
