长波辐射是波长大于4μm的辐射，它只有热效应，也称为热辐射。由于地面和大气的温度远比太阳温度低（200－300k），所以地面和大气发射能量的绝大部分（99％）是波长为4－40μm范围内的长波辐射。
一、地面辐射
地面日夜不停地发射长波辐射，称为地面辐射。以L0表示地面辐射通量密度。如果把地面视为黑体，地面温度取300k，那么地面发射的各个波长的辐射能为：
E＝σT4＝5.67×10-8w·m-2·k-4×300k4＝459.27w·m-2
辐射通量最大值对应的波长为：λmax·T＝2884μm·k
λmax＝2884μm·k/T＝2884μm·k/300k＝9.613μm
大气中的水汽、云和二氧化碳能吸收地面辐射通量的75%以上。
二、大气辐射
大气也是辐射体，它向外发射出长波辐射，称为大气辐射。大气发射或吸收长波辐射的主要成分是水汽和二氧化碳。
伊沙（Idso）和杰克逊（Jackson）根据斯蒂芬—波尔兹曼定律，提出了一个计算大气辐射通量密度Li的公式。
在晴空的情况下，
Li＝εασTα4
式中εα是大气的相对发射率，
εα＝1－0.26exp[-7.77×10-4（273－Tα）2]
Tα是大气的温度。
大气辐射朝向四面八方，其中向下的部分称为大气逆辐射(atmospheric counter radiation)。它到达地面后，有很小一部分被地面反射，大部分被地面吸收，以Lα表示被地面吸收的大气逆辐射通量密度。大气逆辐射的强弱与大气层的温度、湿度、云量等因素有关。
三、地面有效辐射
地面有效辐射是地面发射的长波辐射与地面吸收的大气逆辐射之差。以Ln表示。
Ln＝L0－Lα
一般来说，气温要比地面温度低，所以大气逆辐射总是比地面辐射要小，也就是说地面通过有效辐射损失能量。在某些特殊情况下，如当强的暖湿气团侵入时，大气逆辐射超过地面辐射，这时地面获得热量。
通常，影响地面有效辐射的因素主要有：
地面温度
随其温度的升高，地面有效辐射增大。因此，一天中有效辐射通量密度的最大值出现在地表温度最高的时刻，最小值出现在地表温度最低的时刻。
云量
它对于地面有效辐射的影响最大。它象一层覆盖层，阻挡辐射逸回太空，又能增加大气逆辐射，减少地面有效辐射的损失。云层愈密和云层愈低，逆辐射量愈大，雾和水汽能强烈地减弱地面有效辐射。
风
可以使地面有效辐射通量密度减弱。因为大气的流动加强了水平方向和垂直方向空气热量的混合交换作用，使地面附近空气的冷却减慢。一般晴朗无风或微风的夜间，有效辐射比较强烈，强度也较大。
海拔高度
随其增加，大气层变薄，大气中的水汽和尘埃含量逐渐减少，大气逆辐射减弱，有效辐射增加。