三九天是我国大部分地区一年中气温最低的时段，核心原因是地面热量收支持续负平衡、太阳辐射弱势与冷空气累积增强共同作用。1. 太阳辐射的滞后效应：冬至时太阳直射南回归线，北半球日照时长最短、太阳高度角最小，地面获得的太阳辐射最少，但此时地面仍在持续向外散失热量，热量收支处于亏损状态。此后日照时长虽逐渐增加，但新增的太阳辐射仍少于地面散失的热量，直到三九前后，地面储存的热量达到全年最低值。2. 冷空气的持续累积增强：秋冬季节西伯利亚高压势力逐步增强，冷空气持续南下堆积，前期的冷空气活动逐步推高冷空气整体强度。三九时段西伯利亚高压达到全年最强，冷空气活动最为频繁且强度最大，频繁的强冷空气南下进一步压低气温。3. 昼夜长短的持续影响：三九时段仍处于昼短夜长的阶段，夜间时长远长于白天，地面通过长波辐射散失的热量远多于通过太阳辐射获得的热量，持续加剧气温降低。
