就全球年平均而言，若设到达大气层顶的太阳辐射为100个单位（见太阳常数），则其中约有30个单位通过云反射、地面反射和大气散射被反射回太空，19个单位被大气中的水汽、臭氧、云等吸收，余下的约51个单位被地面吸收。地面吸收的这51个单位太阳辐射中，又以7个单位的感热通量、23个单位的潜热通量和21个单位的净红外辐射的方式进入大气。大气从地面得到的这51个单位的能量，加上大气中从太阳辐射直接吸收的19个单位的能量，最终又以70个单位的红外辐射的形式返回太空。因此，将全球作为整体而言，地气系统总的辐射收支是平衡的，地表和大气各自的总能量也无净收支、是大体平衡的。

然而，在不同的纬度带，地气系统的辐射收支是不平衡的。就全年平均而言，观测显示，南北纬35°左右至赤道的区域，辐射差额为正，有净的辐射加热。而南北纬35°左右至高纬地区，辐射差额为负，有净的辐射冷却。要使各纬度带维持能量平衡，则低纬度地带所净得的辐射能量必须通过大气环流和大洋环流以感热、潜热等形式输送到高纬度地带和极地去。热带地区大气中能量的输送主要靠哈得来环流，在中纬度地区主要靠大型涡旋来完成。

太阳辐射在各纬度带的差异造成了低纬度和高纬度大气之间显著的温度差异，使得大气中储藏着大量的有效位能（也称有效势能，见大气能量），可以源源不断地转换为动能，补偿摩擦对动能的耗散而维持大气环流。例如，低纬度的哈得来环流，其对热量的输送作用，总是趋于减弱低纬度地区温度的南北差异，将低纬度地区的有效位能转换成了能维持其跨越数千千米的大气运动的动能。而在中纬度大气中，由于大型涡旋运动的盛行，大气运动可分解为纬向平均运动和涡动运动两部分，后者即指对前者的偏差。相应地，动能和有效位能均可进一步分解为纬向平均动能、扰动动能以及纬向平均有效位能、扰动有效位能。伴随着中纬度的大气环流，大气中的能量在以上几种能量之间转换和循环（也称洛伦茨能量循环）。具体的转换途径为，中纬度大气中的纬向平均有效位能通过转换成扰动有效位能，再进一步转换成扰动动能及纬向平均动能而维持中纬度盛行的大型瞬变涡旋、西风急流等中纬度的大气环流系统。