照理說應該是太陽距我們越遠越冷，越近越熱，但最冷的三九嚴寒卻不出現在冬至節氣的前後，而是出現在太陽直射點抵達南回歸線以後，三伏天氣出現在太陽直射點抵達北回歸線以後。這是為什麼呢？因為太陽是地球的熱源，地球是大氣的熱源。大氣不能直接吸收太陽短波輻射，但可以吸收地麵長波輻射。因此，地球表麵的冷熱決定了大氣的冷熱。當太陽直射點移至南回歸線時，地表得到的熱量仍少於支出的熱量，故繼續降溫；當太陽抵達最北端時，地表所得到的熱量仍多於是取得熱量，故繼續增溫。正如一天之中最高溫度並不是出現在正午太陽最高的時候，而是出現在午後，存在滯後現象。也很像一個沒有熱源的房間，初春時節，室外暖融融的，而室內卻是依然清冷；入秋以後，室外開始寒冷，室內起初並不覺得有多麼冷。
還有就是每年的春夏秋冬四季的到來和結束時間總是不一樣，有時早有時晚，與二十四節氣裏的節氣時間總存在差異，主要是地球氣候係統各成員的變化，及其之間的相互作用，導致大氣環流異常多變造成的。此外，地球自身的火山爆發也應該是氣候變化一個原因。太陽係時刻也在銀河係裏移動，銀河係也在時刻不停地運動，地球每時每刻所處的位置相對於太陽是已知的，相對於宇宙卻是未知的，地球在跟隨著太陽到達的那個區域是冷是暖也是未知的，這也應該是氣候變化的原因之一。當然還有人類活動影響以及其他原因。
2.3氣候差異的推手
2.3.1地轉偏向力
地轉偏向力是指地球上一切做水平運動的物體，由於地球自轉而發生偏向的一種力。地轉偏向力是由法國數學家古斯塔·加斯佩德·科裏奧利於公元1835年研究發現的。由於地球的自轉，當物體相對於地麵運動時，對於站在地麵上的觀察者來說，感到物體運動的方向發生了改變，於是便設想物體受到一種力的作用，此力就被稱為地轉偏向力，也就是物理學中的科裏奧利力。
在北半球，假若一物體自南向北運動，物體起始時地麵向東偏移的線速度大，末了地麵向東偏移的線速度小，由於慣性物體仍保持原來向東的線速度，於是站在地球上看物體前進的方向也就向東邊偏離原來經線的方向；假若一物體自北向南運動，物體起始時地麵向東偏移的線速度慢，末了地麵向東偏移的線速度快，由於慣性物體仍保持原來向東的線速度，於是站在地球上看物體前進的方向也就向西邊偏離原來經線的方向。物體移動的速度越快，其偏離得也就越多，且都是向移動方向的右側偏移。在南半球，其結果正好相反，物體會向移動方向的左側偏移。這就是地轉偏向力。
地轉偏向力是由於地球自轉而產生的，它不是真正的力，而是慣性力。它隻在物體相對於地麵運動時才產生，隻改變物體運動的方向，不改變物體運動的速度；其值正比於運動速度，隨緯度升高而增大，赤道附近運動物體不受偏向力的影響。地轉偏向力可分解為水平地轉偏向力和垂直地轉偏向力兩個分量。
受地轉偏向力的影響，北半球的河流總是衝刷右岸。由於古代生產力低下，隻能任憑河流自由彎曲，彎曲到一定程度，量變達到質變，河流開始改道，千百年來黃河一次一次地改道，地轉偏向力就是最主要的原因。
2.3.2三圈環流
從全球經向環流看，大氣在南北方向上及垂直方向上的平均運動，在南北半球分別構成三個經圈環流。因南北半球三圈環流成因相同，僅介紹北半球三圈環流成因。
（1）低緯環流
低緯環流即哈特萊環流。赤道空氣受膨脹上升，高層形成高壓後，受氣壓梯度力的驅動，向南北六級流動。由於受地轉偏向力的影響（在北半球，地轉偏向力使氣流運動向右偏，即順時針偏轉，其值正比於風速），由赤道北上的高層空氣，在30°N轉為向東運動（西風），不再北上，於是由赤道源源北上的空氣在30°N聚集下沉，在地麵形成高壓，該高壓稱副熱帶高壓。在氣壓梯度力的作用下，地麵副熱帶高壓南北分流，南支氣流南下赤道，與赤道上升氣流構成低緯環流。
（2）極地環流
極地環流即費雷爾環流。由於極地接受的太陽輻射少，溫度低，空氣冷卻收縮，空氣密度大，在地麵形成冷高壓。在氣壓梯度力的作用下，極地高壓中空氣向南流動（同時引起極地下沉運動），在60°N與副熱帶高壓北上相遇，兩支相向氣流輻合上升，在高空形成高壓後，有南北風流。60°N高空北上氣流，至極地後與極地下沉氣流構成極地環流。
（3）中緯度環流
中緯度環流為間接環流，其形成得益於低緯和極地環流。地麵副熱帶中北上氣流與60°N上升氣流，以及高空60°N南下氣流與30°N下沉氣流，構成中緯度環流。
上述三圈環流稱為行星風係，是在平滑和性質均一表麵的行星條件和地轉偏向力作用下形成的。但地球表麵並不平滑，性質也不均一，特別是北半球，地勢起伏大，海陸相間對比明顯，同時由於不同的季節海洋和大陸對環流的影響不同，因而行星風係常遭破壞，環流常發生季節和地方變化。
2.3.3善變的季風
季風是以一年為一個周期的大範圍對流現象，它的形成是海陸分布、大氣環流、大陸地形等因素共同作用，冬夏兩季海洋和陸地的溫度差異而導致的氣壓差所造成的結果。季風是指由於大陸及鄰近海洋之間存在的溫度差異，而形成大範圍盛行的、風向隨季節有顯著變化的風係。季風和風帶一樣同屬行星尺度的環流係統，是大範圍盛行的、風向隨季節變化顯著的風係，夏季由海洋吹向大陸，冬季由大陸吹向海洋，具有大氣環流的特征。
冬季，大陸氣溫比鄰近的海洋氣溫要低，大陸上出現冷高壓，海洋上出現相應的低壓，空氣大範圍從大陸流向海洋，形成冬季季風。冬季季風在北半球盛行北風和東北風，尤其是亞洲東部沿岸，北風季風從中緯度一直延伸到赤道地區，這種季風起源於西伯利亞冷高壓。非洲和孟加拉灣地區也有明顯的東北風吹到近赤道地區，東太平洋和南美洲雖有冬季風出現，但沒有亞洲地區顯著。
夏季，海洋溫度相對較低，大陸溫度較高，海洋高壓加強，大陸出現熱低壓；這時北半球盛行西南和東南季風，在印度洋和南亞地區最為顯著。西南季風大部分源自南印度洋，在非洲東海岸跨過赤道到達南亞和東亞地區，甚至到達華中地區和日本。另一部分東南風主要源自太平洋，以南風或東南風的形式影響中國東部沿海地區。夏季風一般經曆暴發、活躍、中斷和撤退4個階段。
2.3.4副熱帶高壓帶與東西風帶
海陸的熱力性質，影響到海陸的氣壓分布。夏季大陸增溫比海洋快，大陸形成熱低壓；冬季大陸降溫比海洋快，大陸形成冷高壓。由於北半球的陸地麵積比南半球陸地麵積大，而且海陸相間分布，使得緯向的氣壓帶被分裂成為一個個高低氣壓中心。夏季，北半球的副熱帶高氣壓帶被大陸上的熱低氣壓所切斷，其中亞洲低壓最為突出，從而使副熱帶高氣壓帶僅保留在海洋上。冬季，北半球的副極地低氣壓帶被大陸上的冷高氣壓所切斷，其中亞洲高壓最為強烈，控製範圍廣大，這就使副極地低氣壓帶也僅保留在海洋上。由於南半球海洋麵積占絕對優勢，致使緯向的氣壓帶比北半球明顯，特別是30°S以南地區，氣壓帶基本上呈帶狀分布。
在南、北緯30°附近的地麵上形成的常年穩定、勢力龐大的副熱帶高壓帶內盛行下沉氣流，是個寬闊的無風帶，所以常年缺雲少雨，於是便形成了回歸圈內龐大的沙漠群。
此外還有環繞全球、氣勢磅礴的西風帶和東風帶。西風帶內的大氣有明顯的波動，很像大江裏的波浪，高低起伏，奔騰不息。大氣環流運動把熱帶剩餘的熱量輸送到寒冷的北方，很好地實現了全球範圍內水汽、熱量的輸送和交換，使地球各地的氣候更加變化多端，個性鮮明。由於中國絕大部分地處中緯度地區，規模宏大的西風帶從中國上空通過，對中國的天氣、氣候有很大影響。
2.3.5赤道信風
信風指的是在地麵從副熱帶高壓帶吹向赤道低氣壓帶的風。信風在赤道兩邊的低層大氣中，北半球為東北風，南半球為東南風，這種風的方向很少改變，年年如此，穩定出現，很守信。
中國古代文獻中，“信風”這個詞指的是“隨時令變化，定期定向而來的風，即季候風”，古代商船常借助信風，往來於海上進行貿易。所以，信風在英文中的名字trade wind，有時候被錯誤地譯成貿易風。trade這個詞並非現代英語中貿易的意思，而是來自中古英語，相當於path、track的意思，所以trade wind原意是“在常軌上的風”。英語trade wind就是漢語的信風，翻譯成貿易風是不對的。
人類對信風早已有了深刻的認識，古代人們就利用信風實施航海活動，曾經取得了輝煌的成就，一個很好的例子就是明代的鄭和下西洋。1405年7月11日（明永樂三年），明成祖命太監鄭和率領240多艘海船的龐大船隊遠航，造訪了30多個西太平洋和印度洋的國家和地區，加深了明王朝和南海（今東南亞）、東非的友好關係。在以後的28年間，鄭和7次奉旨率船隊遠航西洋，航線從西太平洋穿越印度洋，直達西亞和非洲東岸，途經爪哇、蘇門答臘、蘇祿、彭亨、真臘、古裏、暹羅、阿丹、天方、左法爾等30多個國家和地區。他的航行比哥倫布發現美洲大陸早87年，比達·伽馬早92年，比麥哲倫早114年。在世界航海史上，他開辟了貫通太平洋西部與印度洋等大洋的直達航線。今天的西方學者也承認，對於當時的世界各國來說，鄭和所率領的艦隊，從規模到實力，都是無可比擬的。鄭和下西洋7次，除了第一次夏季啟航秋季返回外，其餘6次都是在冬季順風出發，又在西南季風期間順風返回。
1519年8月，當葡萄牙的航海家麥哲倫第一次越過南半球的西風帶向太平洋駛去的時候，發現長達幾個月的航程中，大海顯得非常順從人意。開始海麵上一直徐徐吹著東南風，把船一直推向西行，後來東南風漸漸減弱，大海變得非常平靜，最後船隊順利地到達亞洲的菲律賓群島。他們當時並沒有意識到，這其實是依賴了信風的幫助。
2.3.6沃克環流與“聖嬰”“聖女”
1960年，雅各布·皮葉克尼斯(Jacob Bjerknes)發現了熱帶太平洋上空大氣循環的主要動力之一沃克環流。正常情況下赤道太平洋水溫分布是西高東低，西邊的印度尼西亞與澳洲東部沿岸一帶，因海溫高而有旺盛上升氣流，氣流升至高空向東西分流；東太平洋海溫低而有下沉氣流，到達海麵再沿赤道向西運動。東西太平洋沿赤道形成了一個封閉的環流。這種在低緯度太平洋上空沿緯向流動的大氣環流，稱為沃克環流。
在自然界中，持續的上升氣流意味著氣流中水汽不斷凝結和大量降雨，而持續的下沉氣流則相應久晴和幹旱。因此在正常年份裏，赤道西太平洋的澳大利亞、印度尼西亞和菲律賓等地區，由於處於沃克環流圈西端上升氣流中，年雨量都在2000毫米以上。而東太平洋智利中、北部和秘魯等地區，因處在沃克環流圈東端下沉氣流區裏，年雨量不足100毫米，秘魯首都利馬隻有29毫米，市內為大量適應幹旱氣候的土質房屋。
沃克環流說的是正常年份，赤道太平洋海區盛行熱帶東風，也就是信風，把赤道中、東太平洋表層暖水吹到西太平洋堆積，海麵因此也比東太平洋高出l米左右，使西太平洋成了世界上最暖的海域，水溫可達29～30℃。而中東赤道太平洋海區則由於東風吹走了表層海水，深層冷水湧升補充，因此這裏便成了世界赤道海區中溫度最低的海域，一般隻有23～24℃。
但這種模式每2～7年便被打亂一次。如果信風減弱，甚至吹西風，赤道西太平洋的暖海水就會反向東流，同時中東太平洋深層冷水湧升現象便會大大減弱以至停止，中東太平洋海溫因此而異常升高，厄爾尼諾現象也就出現了。如果信風異常強烈，赤道中東太平洋表層暖水西流加大，深層冷水上湧現象更加明顯，於是西太平洋海麵海水更暖，而中東太平洋海麵海水更冷，拉尼娜現象也就出現了。
厄爾尼諾現象發生時，赤道中、東太平洋海水升溫，出現上升氣流，而西太平洋海水降溫，上升氣流減弱以至出現下沉氣流，使得沃克環流圈發生了東移。沃克環流圈一旦東移，西太平洋本來多雨的地區，雨量便大幅度減少，澳大利亞、印度尼西亞和菲律賓等地區便會發生嚴重幹旱，森林火災頻發。而東太平洋秘魯等原本幹旱的地區，因為上升氣流增強，卻出現了大量暴雨，常造成山洪暴發，淹沒土地，城市中土質房屋大量倒塌。厄爾尼諾現象通常發生在聖誕節之前，使該海區平均溫度超過常年均值的0.5℃以上且持續半年並出現異常事件，給非洲、中東、印度、東南亞、澳大利亞和美洲等熱帶地區帶來暴熱的天氣和幹旱。這種現象不是孤立的現象，它是熱帶海洋洋流與大氣相互作用的產物，全過程分為發生期、發展期、維持期和衰減期，曆時一般一年左右。1997~1998年厄爾尼諾現象就曾使這裏上百萬人無家可歸。
厄爾尼諾是西班牙語El Nino的音譯，本意是“小男孩”。秘魯沿海海水季節性正常升溫期間，漁民捕不到魚，他們認為這是小男孩淘氣引起的，便把這種現象叫做“小男孩”，現在一般都把El Nino譯為“聖嬰”或“耶穌之子”。
一般情況下，厄爾尼諾現象之後會發生拉尼娜現象。拉尼娜現象是指赤道東太平洋和中太平洋洋麵異常持續低溫，是冷事件，因此又稱為反厄爾尼諾現象。拉尼娜是西班牙語La Nina的音譯，有“小女孩”的意思。既然厄爾尼諾譯為“聖嬰”或“耶穌之子”，就自然地把拉尼娜稱為“聖女”了。
對於厄爾尼諾和拉尼娜現象的成因，相關學科也有一些解釋。地理學界有人認為是地下火山的作用造成的，但火山之說無法解釋拉尼娜現象。厄爾尼諾和拉尼娜現象並非主要由人類活動所引起，其真實的成因有待進一步探索研究。特別是20世紀90年代以來，厄爾尼諾現象幾乎年年出現，造成了全球重大災害，成為全球關注的一個新熱點。
厄爾尼諾現象一般平均每3～4年發生一次，每次持續半年至一年，然後逐漸降溫消退。如果海溫降到了平均值以下，並達到一定標準，也就發生了拉尼娜現象。在1980~1989年，共發生了6次厄爾尼諾現象，而拉尼娜現象隻在1984~1985年、1988~1989年、1995~1996年和1999年發生了4次。拉尼娜現象緊跟厄爾尼諾現象出現和厄爾尼諾現象後不出現拉尼娜現象，都是正常現象。
清光緒初年（1877~1878年）發生了厄爾尼諾現象，造成中國北方地區百年不遇的特大幹旱。清光緒元年（1875年），中國北方地區旱象已見苗頭，第二年更趨明顯，1877~1878年更是登峰造極，涉及山西、河南、魯東、陝西、隴東、川北、蘇北以及直隸等地區。《萬國公報》中說：“天幹地燥，烈日如焚，河道斷流，溝渠俱枯，田土龜裂，赤野千裏。……官倉匱，民儲罄，市販絕，客糶阻。鬥米千錢，鬥米三千錢，鬥米五千錢……賣田，賣屋，賣牛馬，賣車輛，賣農具，賣妻、賣女、賣兒。食草根，食樹皮，食牛皮，食石粉，食泥，食紙，食死人肉，食死人骨。路人相食，家人相食，食人者為人食……餓殍載途，百骨盈野。”特大旱災死亡總人數超過1000萬，僅山西一省，就達500萬之多，而當時山西總人口也隻有1600萬。
2011年8月，英國研究人員說，在過去50年間，厄爾尼諾現象幫助催生了世界範圍內1/5的衝突事件。最新一項研究表明，在遇上厄爾尼諾氣候影響的年頭，戰爭、內戰以及各種衝突發生的可能性是平時的兩倍。這種3～7年就會重複發作的氣候現象，給地球帶來的影響包括氣溫升高、降雨減少等。厄爾尼諾現象發生時，沃克環流圈東移，還可以通過相鄰的其他環流圈的調整或其他方式影響到世界大部分地區，這就是厄爾尼諾現象能引起世界性氣候異常的主要原因。