В качестве радиационных характеристик используются данные по количеству солнечного тепла, поступающего к поверхности земли в виде прямой солнечной радиации (в кал/см2), а также рассеянной облаками и частицами воздуха, учитывается распределение этого тепла. Иначе говоря, определяют радиационный и тепловой баланс земной поверхности.

Количество отраженной радиации зависит от альбедо подстилающей поверхности, от ее способности отражать солнечные лучи; измеряется альбедометрами. Зимой при наличии снега количество отраженной радиации может достигать 80%. Летом земная поверхность большую часть тепла поглощает.

Величина радиационного баланса в течение года меняется. Летом он положительный, благодаря чему земная поверхность нагревается, зимой — отрицательный, так как земная поверхность теряет тепло.

В различных географических районах тепловой баланс различен, поскольку его составляющие существенно изменяются в зависимости от климатических условий. Там, где климат влажный (как в Ленинграде), до 80% тепла тратится на испарение и около 20% идет на нагревание почвы и воздуха.

В условиях сухого климата соотношение составляющих теплового баланса обратное — на испарение воды тратится очень мало тепла, зато сильно нагреваются почва и воздух. Так, в пустынях Средней Азии затрата тепла на испарение составляет 25%, а на нагрев почвы и воздуха — 75%.

Составляющие радиационного баланса земной поверхности измеряются многими метеорологическими станциями. На некоторых из них рассчитывают и составляющие теплового баланса. Потоки тепла в почву и воздух определяют на основании данных наблюдений за скоростью ветра и температурой воздуха на нескольких уровнях над поверхностью земли (градиентные наблюдения) и в почве.

В тех районах, где актинометрические наблюдения не проводятся, составляющие теплового баланса рассчитываются косвенно — по средним значениям температуры, влажности воздуха, температуры поверхности почвы и облачности.