冬季是极地和温带地区一年中最冷的季节。热带地区的大部分地区不会发生这种情况。每年秋后春前均有发生。冬季是由于该半球的地轴朝向远离太阳的方向而形成的。不同的文化将不同的日期定义为冬季的开始，有些人使用基于天气的定义。当北半球是冬天时，南半球是夏天，反之亦然。在许多地区，冬季与雪和冰冻温度有关。冬至的时刻是太阳相对于北极或南极的仰角处于最大负值的时刻（也就是说，从极点测量，太阳处于地平线以下最远的位置）。发生这种情况的一天白天最短，夜晚最长，在冬至之后，随着季节的推移，白天的长度增加，夜晚的长度减少。然而，极地以外最早的日落和最晚的日出日期与冬至的日期不同，这取决于纬度，因为地球的椭圆轨道导致了全年太阳日的变化（见最早和最晚的日出和日落）。
地轴相对于其轨道平面的倾斜对天气的形成起着很大的作用。地球与其轨道平面的倾斜角为23.44°，当地球在其轨道上运行时，不同的纬度直接面向太阳。这种变化带来了季节。当北半球是冬天时，南半球更直接地面对太阳，因此经历比北半球更温暖的温度。相反，当北半球更多地向太阳倾斜时，南半球的冬季就会出现。从地球上的观测者的角度来看，冬季太阳在天空中的最大高度比夏季太阳低。
在两个半球的冬季，太阳的高度较低，导致阳光以倾斜的角度照射地球。因此，每单位表面积照射到地球上的太阳辐射量较低。此外，光必须在大气中传播更长的距离，使大气散发更多的热量。与这些影响相比，地球与太阳的距离变化（由于地球的椭圆轨道）的影响可以忽略不计。
气象冬季（冰冻温度）在北方多雪纬度的表现是高度可变的，取决于海拔、位置与海洋风和降水量。例如，在加拿大（冬季寒冷的国家），温尼伯位于远离海洋的大平原上，一月份的最高温度为−11.3°C（11.7°F），最低温度为−21.4°C（−6.5°F）。相比之下，西海岸的温哥华，受温和的太平洋风的海洋影响，一月份的最低气温为1.4°C（34.5°F），白天气温远高于冰点6.9°C（44.4°F）。这两个地方都位于北纬49°，而且都在大陆的西半部。欧洲也发现了类似但不那么极端的影响：尽管纬度偏北，但不列颠群岛没有一个非山区气象站的一月平均气温低于冰点。
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