大气上界的太阳辐射是由地球的天文位置决定的，故又称天文辐射。
天文辐射的分布和变化不受大气影响，主要决定于日地距离、太阳高度角和白昼长度。据理论计算，天文辐射的时空分布规律：①全年赤道获得的太阳辐射最多，从赤道向极地随纬度增高而减小，极小值出现在极点。②夏半年在20°～25°的纬度带，获得太阳辐射最多，由此向赤道和极地递减，最小值在极点。夏半年太阳位于天顶的时间以回归线附近最长。又因纬度愈高，太阳高度角虽趋于减小，但一天之中的白昼时间却愈增长，所以太阳辐射随纬度增高而递减，但递减程度趋于和缓，高低纬度之间的差值较小。③冬半年赤道获得太阳辐射最多，随纬度增高迅速递减。高低纬度之间的差值大。因冬半年随纬度增高，太阳高度角和白昼时间均迅速递减的缘故。④同一纬度，冬、夏太阳辐射的差值，随纬度增高而增大，即太阳辐射的年振幅随纬度增高而增大。