冷空气主要源自北极和西伯利亚地区，其形成与高纬度地区的热量收支失衡密切相关。这些地区冬季日照时间极短，地表持续向外辐射热量却得不到足够补充，导致近地面空气温度急剧下降，形成强大的冷高压气团。当大气环流条件适宜时，这些堆积的冷空气便会南下，引发我国大范围降温天气。

冷空气的形成和移动是一个复杂的气象过程，其科学原理可以从三个维度展开分析。从热力学角度看，北极地区年均温度低至-40℃，极夜期间地表辐射冷却效应尤为显著。西伯利亚作为北半球著名的"冷极"，冬季夜间近地面空气每小时可降温1-2℃，持续数日便形成厚度达数千米的冷气团。这些冷空气在寒潮关键区（70°-90°E，43°-65°N）不断堆积加强，最终形成势力强大的冷高压系统。

从大气环流机制分析，冷空气南下主要受极地涡旋和西风带调控。正常情况下，北极涡旋会形成两个中心分别位于加拿大和西伯利亚东北部。当涡旋减弱时，亚热带暖空气向北挤压，迫使冷空气沿三条主要路径南下影响我国：西北路径经蒙古高原直下河套地区，北方路径从贝加尔湖地区南下，西路则经新疆、青海影响西南地区。2025年2月的寒潮过程显示，极地涡旋异常南压曾导致我国东北地区24小时内降温超20℃。

从天气系统相互作用来看，冷空气的降温强度取决于其与暖湿气流的交汇情况。2025年端午假期前的降温过程中，长江中下游地区因强冷空气与充沛水汽相遇，不仅出现10℃以上降温，还伴随大范围暴雨天气。气象数据显示，此类冷暖空气交汇产生的锋面降水，可使体感温度较实际气温再降低3-5℃。值得注意的是，冷空气强度与降温幅度并非简单正比关系，其实际影响还受地形、下垫面性质等多重因素调制。