冬至日（约12月22日）北半球太阳直射南回归线，太阳高度角最小，白昼时间最短，地表获得的太阳辐射量达到全年更低值。尽管此后太阳直射点逐渐北移，白昼时间延长，但太阳辐射强度的增加速度远慢于地表热量的散失速度——冬至后地面仍在持续释放夏季储存的热量，导致“入不敷出”的热量收支逆差持续扩大，直至“三九”“四九”（约1月中下旬至2月上旬）前后，地面热量收支逆差达到峰值，气温也随之降至全年更低。
冷空气活动频繁
冬季，亚洲大陆内部受蒙古
西伯利亚高压控制，形成强大的冷气团。进入“三九”前后，冷高压进一步发展壮大，配合西伯利亚地区强冷空气的频繁南下侵袭，冷空气堆积并长驱直入影响我国大部分地区，加剧了气温的下降。
地表“余热”释放殆尽
经过秋、冬两季的热量持续散失，地表（尤其是陆地）储存的“余热”在“三九”前后基本释放完毕。地表缺乏足够的热量来抵御冷空气的侵袭，导致气温进一步降低。对于北方地区而言，地表 *** 、植被稀疏，热量散失更快，“三九”寒意更甚。
不同区域的差异调整
我国幅员辽阔，最冷时段因地域而异：北方大部因纬度高、太阳辐射弱，“三九”（1月中旬）是一年中最冷的时段；江南东部、华南大部因受海洋调节，冷空气影响滞后，“四九”（1月下旬）更冷；云南、 *** 东南部等地因海拔高、地形封闭，冬至后便进入全年最冷时段；东南沿海及海南岛等地因纬度低、热量充足，“五九”（2月上旬）才达到气温更低点。
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