地球气候的形成原因十分复杂，但归纳起来主要有四大要素：太阳辐射、地轴倾斜与地球公转、地球自转与大气环流、地理条件。
太阳辐射是地球气候形成的基本要素，是地球上一切物理过程和物理现象形成的原动力；地轴适度的倾斜，并保持基本稳定，加上地球的公转，成就了地球上的气候带和春夏秋冬四季；地球自转产生了昼夜更替，自转所产生的地转偏向力影响着大气环流的形成；大气环流的形成主要是由于太阳辐射过程引起的地面受热不均匀、海陆分布和地球自转的作用；受海陆分布、地形和下垫面等其他因素影响，导致全球大气环流的变化复杂，成就了地球各个地域多种多样的气候。
有人认为太阳系内其他行星上缺少地球大气层，所以其他行星上才没有四季，其实不是这样。假如地轴与公转轨道平面垂直，像木星自转轴那样的倾斜度，地球不会有春夏秋冬四季的变化；假设地轴倾斜过大，或者地轴与公转轨道平面没有夹角，像天王星自转轴几乎倒在它的轨道平面那样，地球上更不可能有春夏秋冬之分。没有地轴适度的倾斜，或者没有地球绕太阳的公转，都不会有四季的产生，二者缺一不可。
地球自转产生了昼夜更替，使得地球自东向西有序地接受太阳辐射，形成了自东而西有序的能量差。假设地球只有公转而没有自转，有的地方永远是白天，有的地方永远是黑夜，同时也就没有了地转偏向力的存在，地球气候将会是另一番景象。
除以上已知因素外，气候系统内部相互影响还有许多不可预知的因素。备受关注的厄尔尼诺现象与信风密切相关，信风减弱就会出现厄尔尼诺现象，信风异常强烈，就会出现拉尼娜现象。厄尔尼诺现象虽然造成了世界许多地区的灾害，但我们不能把所有气象灾害都归因于厄尔尼诺现象。厄尔尼诺现象带来了灾害，同时也孕育了新的有利条件和机遇。而同样令人关注的火山爆发，一旦发生，不但让人类蒙受重大灾难，而且对气候变化的影响也非同小可。太阳黑子和耀斑的不均衡，以及地球自身内部的原因，也对不同地域的气候差异造成了影响。
地球各地的气候各有特点，热带地区终年天气炎热，而高纬度地区却异常寒冷，沙漠地区降水量很少，森林地区降水充沛。大自然如此的玄奥、巧妙和艺术，成就了地球气候，使得生命能够生存繁衍，不断创造着自己的文明和文化。
2.1气候形成的能源
2.1.1太阳辐射
太阳辐射是地球大气、陆地和海洋增温的唯一能源，是大气中一切物理过程和物理现象形成的基本动力，并通过光化学反应参加到一些化学过程中。
太阳辐射在地球大气上界的分布是由地球的天文位置决定的，称为天文辐射。由天文辐射决定的气候称为天文气候。天文气候反映了全球气候的空间分布和时间变化的基本轮廓。太阳辐射随季节呈现有规律的变化，形成了地球中纬度的四季。
除太阳本身的变化外，天文辐射能量主要决定于日地距离、太阳高度角和昼长。由于地球绕太阳公转的轨道为椭圆形，而太阳位于两个焦点中的一个焦点上，因此日地距离时刻在变化中。太阳光线与地平面的夹角称为太阳高度角，它有日变化和年变化之分。太阳高度角越大，则太阳辐射越强烈。
天文辐射的时空变化特点是：全年以赤道获得的辐射最多，极地最少。这种热量不均匀分布，导致了地表各纬度的气温产生差异，在地球表面出现了热带、温带和寒带气候；天文辐射夏大冬小，它导致地球上夏季温度高而冬季温度低。
大气对太阳辐射的削弱作用包括大气对太阳辐射的吸收、散射和反射，而大气对太阳辐射的吸收也是不均匀的，当太阳辐射经过整层大气时，0.29微米波长以下的紫外线几乎全部被吸收，但在可见光区吸收很少，在红外区吸收很强。大气中吸收太阳辐射的物质主要有氧、臭氧、水汽和液态水，其次有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和尘埃等。云层能强烈吸收和散射太阳辐射，同时还强烈吸收地面反射的太阳辐射。
大气层对放出的这些辐射并非无条件传递，而是将其中的长波辐射留下来，把其他辐射送入了太空。太阳辐射通过大气层的过滤，一部分到达地面，称为直接太阳辐射；另一部分被大气中的分子、微尘、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面，到达地面的这部分称为散射太阳辐射，它和直接太阳辐射之和称为总辐射。太阳辐射通过大气后，其强度和光谱能量分布都发生了变化。到达地面的太阳辐射能量比大气上界小得多，太阳光谱上分布在紫外光谱区的太阳辐射几乎绝迹，在可见光谱区减少40%，而在红外光谱区增至60%。
到达地表的全球年辐射总量的分布基本上成带状，只有在低纬度地区受到破坏。在赤道地区，由于多云天气较多，年辐射总量并非最高。在南北半球的副热带高压带，特别是在大陆荒漠地区，年辐射总量较大，最大值出现在非洲东北部。
地球所接受到的太阳辐射能量仅为太阳向宇宙空间放射的总辐射能量的二十亿分之一，但却是地球大气中所发生的一切物理过程和天气现象的能量来源，是地球气候形成的基本要素。太阳辐射在地球表面分布的不均匀及其随时间的变化，形成了各地的地域性气候差异和明显的季节交替。
地球上的热量以及产生大气运动和洋流等的能量来自太阳辐射，太阳辐射强度随纬度和季节而变化。在同一季节里，太阳辐射强度随纬度增高而减小。赤道附近，太阳光几乎直射在地球表面上，地面接受的热量多，气候就炎热；而在两极附近，太阳光总是以较低的角度照射，地面接受的热量少，因此极地及附近的地方气候就特别寒冷。同一纬度，太阳高度角冬季低，夏季高，春秋季介于期间，以冬至日和夏至日为全年的最低点和最高点。在北半球，冬季太阳位置偏南，太阳高度角偏低，昼短夜长，到达地面的太阳辐射量少；春季太阳位置渐北，太阳高度角增高，白昼变长，到达地面的太阳辐射量增多，温度升高；夏季太阳位置偏北，高度角达一年中最大，昼长夜短，到达地面的太阳辐射量最多，温度最高；秋季太阳直射点逐渐南移，太阳高度角减小，白昼变短，到达地面的太阳辐射减少。
太阳辐射在地球上随纬度的变化形成了不同的气候带，随季节的变化造成了一年中四季的冷暖循环交替。
说到太阳辐射，不能不提及太阳黑子，因为太阳黑子对太阳辐射有着直接的影响。太阳黑子是太阳的光球层上发生的一种太阳活动，实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡，温度大约为4500℃。因为其温度比太阳的光球层表面温度要低1000～2000℃（光球层表面温度约为6000℃），对比之下，太阳黑子就像一些深暗色的斑点。太阳黑子喜欢成群结伙，很少单独活动，当它活动剧烈时，会对地球的磁场产生影响，主要是使地球南北极和赤道的大气环流做经向流动，从而造成恶劣天气，使气候转冷。
对于太阳黑子的观察和记载，中国是世界上最早的国家。大约在公元前140年，《淮南子》一书中就有“日中有踆乌”的记述。华夏古人用肉眼就看到了太阳里有像三条腿的乌鸦，也就是“踆乌”。科学的发展，通过一般的光学望远镜观测太阳，发现了光球层的活动，认识了太阳黑子。在距今2000多年的时候，凭肉眼能观察到太阳中的黑子，已经非常难能可贵了。汉成帝河平元年（前28年）三月，出现了太阳黑子，被载入《汉书·五行志》中，是世界公认最早的太阳黑子记事。书中说：“河平元年……三月己未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央。”说明这次太阳黑子的活动比较强烈。
欧洲关于太阳黑子纪事最早时间是公元807年8月，当时还被误认为是水星凌日的现象，直到1660年，意大利天文学家伽利略（1564—1642）发明天文望远镜后，才确认太阳黑子是确实存在的。而在此之前，中国历史上已有关于黑子的101次记录，这些记录不但有时间，还有形状、大小、位置以及变化情况等。
太阳黑子是不耐寂寞的，一刻不停地在活动着，它在日面上的大小、多少、位置和形态等，每天都不相同。太阳黑子是光球层物质剧烈运动而形成的局部强磁场区域，也是光球层活动的重要标志，大多呈现近椭圆形，在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑，倘若能把黑子单独取出，一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒。长期观测太阳黑子就会发现，日面上黑子出现的情况不断变化，这种变化反映了太阳辐射能量的变化。有的年份黑子多，有的年份黑子少，有时甚至几天几十天日面上都没有黑子。
太阳黑子与地球上的冷暖有直接关系，黑子数多时辐射强，地球偏暖；太阳黑子数少时辐射弱，地球偏冷。竺可桢研究得出，凡是中国古代书上对黑子记载得多的世纪，也是中国范围内特别寒冷的冬天出现得多的世纪。也有科学家发现：植物的生长也随着太阳黑子的出现而呈现11年周期的变化，黑子多长得快，黑子少长得慢。还有人统计了一些地区降水量的变化情况，发现这种变化也是每过11年、22年重复一遍，很可能也跟黑子数目的增减有关系。河南省气象局高级工程师张存做过统计，发现位于豫北的新乡市的旱涝阶段与太阳黑子的世纪周期相吻合。太阳活动世纪周期的增强期，对应新乡地区为涝段；太阳活动世纪周期的减弱期，对应新乡地区为旱段。
太阳是地球上光和热的源泉，它的一举一动，都会对地球产生各种各样的影响。太阳黑子活动的高峰期，太阳会发射大量的高能粒子流与X射线，引起地球磁暴现象，导致地球气候异常，地球上微生物因此大量繁殖，这就为流行疾病提供了温床。当太阳上有大群黑子出现的时候，指南针会乱抖动，不能正确地指示方向，平时很善于识别方向的信鸽会迷路，无线电通讯也会受到严重阻碍，甚至会突然中断一段时间。公元1173~1976年的803年间，地球上发生了56次流行性大感冒，这56次都出现在太阳黑子活跃的年份，而在黑子活动的高峰期，死于心肌梗塞的患者数量也急剧增加。有人认为，太阳的磁场活动对地球的气候也产生了影响，这就意味着太阳的活动可能对20世纪全球温度的升高负有一定的责任。
除了太阳黑子外，太阳耀斑的变化对地球也有影响。太阳耀斑是一种剧烈的太阳活动，主要观测特征是，日面上突然出现迅速发展的亮斑闪耀，其寿命仅在几分钟到几十分钟之间，亮度上升迅速，下降较慢。特别是在太阳活动峰年，耀斑出现频繁且强度变强。
太阳辐射是地球上一切物理过程和物理现象形成的原动力。因受地理、海陆、山地、丘陵、平原分布的影响，太阳辐射在地球上分布不均。加之太阳黑子和耀斑自身的不均衡性，还有地球自身内部热量的逸散，从而造成了不同地域的气候差异。
2.2四季的形成〖1〗2.2.1四季的成因地球绕太阳公转的轨道平面，叫作黄道面。地球自转的轴线，我们称之为地轴。计算发现，地轴与黄道面并不垂直，而是呈66°33′的夹角，且每4.1万年要在65.5°至67.9°之间变动一个周期，因为时间太长，故在短时间内可以认为地轴与黄道面夹角基本恒定。因为地轴倾斜恒定，总是保持一个方向，且地球总在绕太阳公转，当地球在黄道面上从一个地方移动到另一个地方时，处在地球上的人类观看太阳时，太阳的高度角也就发生了变化，给人类的视觉感不是地球变化了位置，而是太阳发生了南北移动。在地球绕太阳公转一圈的过程中，南北半球接受太阳的辐射及热量在不断发生变化，于是便产生了冷暖交替的循环。
四季成因当北半球的人们正午看到太阳高度降到了最低点，日影达到最长，视觉感也就认为太阳移到了最南端。这一时刻地轴的南极向太阳倾斜，阳光直射南回归线，南半球得到更多的太阳能量，南半球是夏季，北半球是冬季，北极出现永夜，南极出现永昼。其实自从阳光直射移往赤道以南的半年里，北半球就成了冬半年，北半球昼短夜长，北极晨昏线以内的地方半年看不到太阳；南半球成了夏半年，南半球昼长夜短，南极晨昏线以内的地方半年太阳都在地平线以上转圈圈。于是，当地球每年到达黄道面这个位置的那一刻，人们便命名为“冬至”，这一天也就是冬至节气。
相反的情况，当地球移动到隔着太阳与“冬至”那个点相对称的那个位置时，北半球的人们正午看到太阳高度升到了最高点，日影达到最短，视觉感也就认为太阳移到了最北端。这一时刻地轴的北极向太阳倾斜，阳光直射北回归线，北半球得到更多的太阳能量，北半球是夏季，南半球是冬季，北极出现永昼，南极出现永夜。其实自从阳光直射移往赤道以北的半年里，北半球就成了夏半年，北半球昼长夜短，北极晨昏线以内的地方半年太阳都在地平线以上转圈圈；南半球成了冬半年，南半球昼短夜长，南极晨昏线以内的地方半年看不到太阳。于是，当地球每年到达黄道面这个位置的那一刻，人们便命名为“夏至”，这一天也就是夏至节气。