すべての物質は、その絶対温度(単位:K(ケルビン))の4乗に比例した放射(電磁波)を放出しています。 日射とは、表面温度が約6000Kと高温の太陽を源とする太陽放射の内、全エネルギーの約97%を占める0.29-3μmの波長領域の放射であり、 特に人間の目で感じることのできる可視光の領域にエネルギーの約50%が集中しています。 日射を観測する放射測器は、この日射の持つ放射エネルギーを他のエネルギー形態(熱・電気等)に変換するセンサーを用いて測定しています。
高層気象台で使用している放射測器は、放射エネルギー観測用測器と分光放射観測用測器に大別されます。 放射エネルギー観測用測器のセンサーは、放射エネルギーを熱エネルギーに変換する熱電対が用いられています。 このセンサーは、温度差のある2つの金属を接触させた時に発生する起電力を利用しています。 熱電対を用いた放射測器は、波長依存性が小さいため、広い波長領域の放射を測定する直達日射計や赤外放射計などに使用されます。 分光放射観測用測器のセンサーは、物質が光を吸収して電子を放出する光電効果を利用したフォトセンサーが用いられています。 このセンサーは、熱電対に比べて感度が高く、応答速度が速いですが、波長によって感度が異なるため、狭い波長領域のサンフォトメータに利用されています。 また、分光放射計には、シリコンフォトダイオードアレーが使用され、短時間に波長別放射照度を測定することができます。
観測は、直達日射計と全天日射計を用いて行います。日射計は、太陽放射を受け取り熱に変換する受光面と熱的基準点との温度差を、 熱電対により熱起電力として検出することで日射量を測定する構造になっています。 受光面は、風雨などからの防護及び風による受光面温度の乱れを防ぐためガラスドームに覆われており、またガラスドームの防塵・防霜用として通風ファンが取り付けられています。
日射観測データは、BSRNの要求を満たすため、毎秒サンプリングで日の出から日の入りまで毎日連続して取得され、品質がチェックされます。 つくば(高層気象台)における観測結果の例を以下に紹介します。