海洋在吸收太阳短波辐射的同时，也要向大气辐射能量，世界大洋表层的平均温度为17.4℃，根据恩维定律，它向大气辐射最强的波长
λ=2898/(273+17.4)=10(μm) (3－33)
因此称为长波辐射。而海洋辐射的能量90％以上集中在4～80μm范围之内。
海面向大气的长波辐射，大部分为大气中的水汽和CO2所吸收，连同大气直接从太阳辐中吸收的能量，同时也以长波的形式向四周辐射，向上部分进入太空，向下的部分，称为大气回辐射，几乎全部被海洋吸收。所谓海面有效回辐射，即指海面的长波辐射与大气回辐射(长波)之差。
大气的平均温度为13.7℃，比海面温度低。根据式(3—28)，视海面近似为绝对黑体，即F≈1；大气为半透明体，即F＜1。因此，海面的长波辐射要比大气回辐射的量值大，交换的结果恒为海洋失去热量。
海面有效回辐射主要取决于海面水温，海上的水汽含量和云的特征。图3—7为晴天时海面有效回辐射随温度和相对湿度的变化(kW·m-2)。
可以看出，当相对湿度一定时，海面有效回辐射随温度的升高而减小。这是因为当海面温度升高时，虽然海面的长波辐射增大，但与此同时，海面上的水汽量也增加，而且随温度的升高呈指数性增加，结果大气回辐射比海面长波辐射增大得快，从而使海面有效回辐射减小。同理，当温度一定时，随相对湿度的增大，海面有效回辐射也减小。
当天空有云时，大气回辐射强，海面有效回辐射减小。这正是在冬季早晨阴天时比晴天时暖和的原因。
由于海面水温和海面上层的相对湿度的日变化和年度变化相对较小，因此海面有效回辐射的地理变化和季节变化比较小。平均而言，全球的太阳辐射QS比海面有效回辐射Qb大，故QS-Qb＞0，这部分热盈余称为辐射平衡。归根结底，它又以其它方式返回大气。
海面有效回辐射的计算方法，常用经验公式给出。尽管形式各异，但其参数都离不开与湿度、温度及云有关的因子。