冬天天气寒冷的原因有很多。首先，地球的自转轴与轨道是有一定角度的，这导致了地球在绕太阳运行时，接收到的阳光辐射相对较少。这意味着冬季时，太阳直射的角度较低，阳光照射到地球的面积更广，但是能量更分散，导致气温下降。

其次，冬季地球的北半球大部分地区离太阳较远，太阳光照射到地面时需要穿过更长的大气层，大气层会吸收和散射部分太阳光的能量，使得地面获得的热量更少。

此外，冬季地面上的雪和冰可以反射太阳光的大部分能量，使得地面无法吸收足够的热量，进一步降低了气温。而冬季的天空也常常是晴朗而干燥的，这使得地面的热量很容易通过辐射散失掉。

最后，冬季时地球上的大气环流也会影响气温。北半球的冬天，寒冷的空气会从极地地区向低纬度地区移动，这导致了冷空气的南下和热空气的北上，进一步加剧了冬季的寒冷。

综上所述，冬天天气寒冷的原因主要是由于地球自转轴与轨道的角度、地球与太阳的距离、大气层的吸收和散射、地面的反射和辐射散失以及大气环流等因素共同作用所致。