Le radiazioni elettromagnetiche emesse dal Sole sono responsabili dei fenomeni atmosferici terrestri. L’energia ricevuta dal sole è restituita allo spazio in uguale quantità, in quanto se non ci fosse questo equilibrio termico la Terra aumenterebbe o diminuirebbe costantemente di temperatura. La costante solare rappresenta la quantità media di flusso di energia che raggiunge l’atmosfera esterna della Terra, ed è circa di 1350 W/m². L’energia ritorna poi nello spazio in due diverse modalità: per irraggiamento e per riflessione. Con la riflessione le radiazioni sono direttamente respinte, prevalentemente da nuvole e ghiacci; il potere riflettente di una superficie si dice albedo. L’irraggiamento è il fenomeno per il quale la superficie terrestre, riscaldata dai raggi solari, riemette energia termica. Il calore prodotto riscalda direttamente gli strati inferiori dell’atmosfera.
L’energia termica viene trattenuta nella troposfera dai cosiddetti gas serra. Essi non schermano le radiazioni in entrata ma trattengono le onde infrarosse in uscita, provocando l’effetto serra. Se non ci fosse l’effetto serra, la temperatura media terrestre sarebbe di -18°C anziché 14°C. Il principale gas serra atmosferico è il vapore acqueo, segue l’anidride carbonica ed in maniera minore il metano, il protossido d’azoto, l’ozono e i clorofluorocarburi (CFC).
Il flusso solare si trasforma essenzialmente in calore, che poi ritorna nello spazio sotto forma di radiazione. Essendo la temperatura del pianeta pressoché costante, deve esserci un bilanciamento tra l’energia entrante e quella uscente, la cui differenza viene chiamata bilancio energetico. La fascia intertropicale ha un bilancio energetico positivo, in quanto assorbe più energia di quanta ne riemette. Le aree polari e subpolari invece hanno un bilancio negativo, ovvero emettono più energia di quanto ne assorbono. Avviene però un fenomeno di riequilibrio termico tra le zone a bilancio negativo e quelle a bilancio positivo, attraverso correnti marine e venti, che permette al calore sviluppato all’equatore di essere trasportato verso i poli, mantenendo pressoché costante la temperatura della Terra.
Venti e correnti marine influiscono sulla temperatura locale. La media fra la temperatura massima e la temperatura minima in un luogo prende il nome di temperatura media. Essa può essere effettuata su scala temporale giornaliera, mensile e annuale. La differenza tra la temperatura massima e quella minima definisce l’escursione termica di un luogo. L’escursione termica nell’arco di un giorno si definisce escursione termica giornaliera, mentre nell’arco di un anno si indica come escursione termica annua. Unendo i dati sulla temperatura di molte stazioni meteorologiche si possono costruire le carte delle isoterme, le quali sono delle linee che uniscono le varie località aventi la medesima temperatura media. Le isoterme a loro volta possono essere giornaliere, mensili o annue. Riportando le misurazioni di temperatura a quello che sarebbe il valore teorico a livello del mare, si ottengono le isoterme ridotte. Normalmente la temperatura diminuisce con l’aumentare della quota, ma a volte si possono verificare fenomeni di inversione termica, ovvero la presenza di certe altitudini alla quale la temperatura aumenta anziché diminuire. La temperatura è influenzata anche dalle diverse latitudini, in quanto l’incidenza dei raggi solari cambia: minore è l’angolo, minore è la radiazione assorbita e minore è la temperatura.
La temperatura locale è influenzata anche dalla presenza di mari e foreste:
- Il mare si riscalda più lentamente della terra in quanto in grado di assorbire più energia (calore specifico più alto), così durante il giorno esso assorbe calore per poi riemetterlo durante la notte, mitigando la temperatura.
- Le piante assorbono le radiazioni del sole, riducendo la quantità di energia assorbita e riemessa dal terreno. Inoltre, esse producono vapore acqueo che per originarsi assorbe molto calore, diminuendo la temperatura soprattutto durante il periodo estivo. Boschi e foreste contribuiscono a diminuire l’escursione termica annua.