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地球上的温度是多变的，造成温度变化的原因有很多，规律大致可以从以下四方面来分析。
一个地区太阳入射高度角的大小和昼夜长短由纬度决定。低纬度地区太阳高度角大，因此太阳辐射能也大，但由于昼夜长短的差异较小，太阳辐射量在季节分配上比较均匀。随着纬度北移（指北半球），从赤道到北极可以划分为热带、亚热带、温带和寒带等纬度气候带，太阳辐射量逐渐减少，温度随之降低。植物在这些不同气候带的规律性分布称为纬度地带性。
我国地处北半球，南北横跨近50个纬度，直线距离约4000km，南北各地的太阳辐射量和热量差异很大。因此，分布于不同纬度的地区，温度的差异也很大，如表3-1所示。
表3-1 我国几个城市与同纬度（平均值）
南半球各纬线的年平均温度要低于北半球相同的纬线，如北半球年平均气温为15.2℃，南半球为13.3℃，而全球则为14.3℃；而且，全球平均气温不在赤道，在北纬10°附近。这些现象均表明北半球比南半球温暖。
我国位于欧亚大陆东南部，东临太平洋、南近印度洋，西面和北面都是广阔的大陆，使我国气候具有大陆性季风气候显著和气候复杂多样两大特征。冬季盛行西北风，夏季盛行东南风，四季分明，雨热同季。每年9月到次年4月间，干寒的冬季风从西伯利亚和蒙古高原吹来西风和北风，由北向南势力逐渐减弱，形成寒冷干燥、南北温差很大的状况；夏季风影响时间较短，每年的4～9月，暖湿气流从东部和南部的海洋上吹来，形成普遍高温多雨、南北温差相对较小的状况。除了丰富的纬度梯度的温度气候带外，我国还拥有多种多样的干湿地区，也是气候复杂多样的标志之一。我国干湿地区分布直接受海陆位置影响，表现为自东部沿海到西部丘陵高原的经度气候带的过渡，愈向西部延伸，干旱程度愈明显。植物沿不同经度气候带的规律性分布称为经度地带性，与纬度地带性合称水平地带性。植物经度地带性分布的限制因子往往是水分。
海拔高度是影响温度变化的一个重要原因。随着海拔升高，温度降低，降低幅度大致是海拔每升高100m，气温下降0.5～0.6℃。以峨眉山为例，峨眉山景区内低云、多雾、雨量充沛，气温垂直梯度变化显著，有寒带（海拔3047m 以上，年平均温度为3.0℃，极端最低温度为-20.9℃）、亚寒带（海拔2200～3047m，年平均温度为7.6℃）、温带（海拔1200～2200m，年平均温度为13.1℃）、亚热带（海拔1200m 以下，年平均温度为17.2℃，极端最高温度为38.3℃）等垂直气候带。植物在同一地区不同海拔高度的规律性分布称为垂直地带性，与水平地带性相对应。
我国地形西高东低呈阶梯状逐级下降。最高一级阶梯为青藏高原，平均海拔4000m以上，号称“世界屋脊”。第二级阶梯由内蒙古高原、黄土高原、云贵高原和塔里木盆地、准噶尔盆地、四川盆地构成，平均海拔1000～2000m。从大兴安岭、太行山、巫山和雪峰山麓向东到海岸线，地势下降到海拔500～1000m 为第三级阶梯。第四级阶梯为中国大陆架浅海区，水深平均不到200m。在陆地上，海拔最高的是珠穆朗玛峰，为8848m；海拔最低的是吐鲁番盆地，为-154m。
我国是个多山的国家，习惯上说的山区包括山地、丘陵和比较崎岖的高原等，占全国面积的三分之二。全国各类地形的百分比：山地约33%、高原约26%、盆地约19%、平原约12%、丘陵约10%。复杂的地形导致气候多变，特别是我国西北、西南地区常有“一山三气候，十里不同天”的气候特色。错综复杂的山系常是南北暖、冷气团运行的障碍，特别是东西走向的山脉能阻挡寒潮和湿热气团的运行，常成为气候的分界线。
山体是影响温度变化的主要原因之一。向南的阳坡一般受太阳辐射最大，所以阳坡的空气和土壤温度都比向北的阴坡高，但土壤温度以西南坡更高，这是因为西南坡蒸发耗热较少，用于土壤、空气增温的热量较多的缘故。例如，秦岭南坡温暖多雨，北坡寒冷少雨。南郑（南坡）1月平均气温为3℃，7月为26.7℃；西安（北坡）1月平均气温为-0.5℃，7月为28.1℃。不同坡向由于所得的热量不同，所以相应影响植物的分布，阳坡多分布喜暖喜光的植物，阴坡多生长喜阴喜湿的植物。生长在低海拔的植物向山上扩展时，分布的最高点在阳坡；而生长在高海拔的植物，分布的最低界限是阴坡或荫蔽的峡谷中。
盆地和封闭谷地的温度变化比较独特，会出现“冷湖效应”。在狭窄封闭的山谷中，白天由于太阳热辐射强烈，热空气难以及时输出，致使谷中白天的气温远比周围山地的气温高；而在夜间，由于地面辐射冷却，近地面处会形成一层冷空气，冷空气密度较大，便顺山坡下沉聚于谷底，有人将谷底的这一团冷空气层称为“冷湖”；在冷湖空气层之上，由于热空气层被抬高，温度逆增，在山坡的一定高度形成一个暖带，是栽种喜暖植物的安全带；再往上，由于海拔增高，气温又随高度递增而下降。这种谷底昼暖夜冷、中部山坡气温相对稳定且温暖的垂直气温带分布现象，与湖泊或江面上气温垂直分布规律类似，故称“冷湖效应”。
我国夏季最热的地区是吐鲁番盆地（7月平均温度33.5℃，检测最高温度48.9℃），以及长江流域的南京、武汉、重庆等河谷城市。我国冬季最冷的地方是内蒙古根河市（年度平均气温-5.3℃，历史记载最低温度达-58℃，年封冻期210天以上），以及黑龙江省大兴安岭地区的漠河市、呼中区等点状区域（均记录过-52℃以下的低温）。