冬季天气寒冷的原因有多个方面。首先，地球自转和公转的关系导致了季节的变化。地球围绕太阳运动，当地球轨道上的某个地区离太阳更远时，就会进入冬季。在这个时候，太阳的直射光线到达地球的角度更小，能量分散，无法有效地加热地表，导致气温下降。

其次，地球倾斜轴的存在也是冬季寒冷的原因之一。地球的自转轴与其公转轨道不垂直，而是倾斜23.5度。当北半球冬至时，也就是12月21日左右，北半球离太阳最远，太阳直射光线倾斜，太阳高度角较低，能量传输减少，导致北半球的气温下降。

此外，大气环流系统也对冬季天气起着重要的影响。在冬季，北半球的气候主要受到两个大气环流系统的影响：副热带高压和极地风带。副热带高压是静止的高压系统，位于赤道附近，它使得冷空气难以南下，导致北半球气温下降。而极地风带则是从极地吹向副热带的冷空气带，加强了冬季的寒冷。

最后，地形和海洋对冬季气温的分布也有一定的影响。山脉和高地通常比平原地区更冷，因为高海拔地区的空气更稀薄，容易散热。而海洋对气温起到调节作用，海洋具有较大的热容量，使得沿海地区冬季温度较为温和。

综上所述，冬季天气寒冷的原因包括地球自转和公转的关系、地球倾斜轴的存在、大气环流系统的影响、地形和海洋的作用等多个因素。这些因素相互作用，共同造成了冬季的低温现象。