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华北平原的形成可以追溯到燕山运动时期，那时北方地区曾发生一次强烈的地壳运动，形成高耸的太行山。到了距今三千万年前的喜马拉雅运动时，太行山再次抬升，东部地区继续下陷。久而久之，就在山麓东部形成一大片扇面状冲积平原，由于黄河、海河、滦河等水系每年都要挟带大量泥沙冲刷，最终形成了华北平原。
华北平原形成过程
华北平原在中生代为隆起区，局部发育了断陷盆地；新生代断块活跃，古近纪形成一系列次级断陷盆地；新近纪、第四纪堆积范围扩大，形成连片的大平原；同时边缘断块山隆起；新生代相对下沉，形成较厚的沉积。
黄河在孟津下形成巨大的冲积扇；冲积扇中轴淤积较高，成为分水脊，将淮、海河分隔南北。
黄河在孟津以下形成了巨大的冲积扇，成为华北平原上的“分水脊。历史时期黄河多次迁徙，北至天津、南至徐州的广大平原遍受黄河影响。黄河冲积扇上尚保留有决口改道所遗留的大量沙岗、洼地、故道等地形。
华北平原的气候特点
华北平原属暖温带季风气候，四季变化明显，南部淮河流域处于向亚热带过渡地区，其气温和降水量都比北部高，平原年均温8—15℃，冬季寒冷干燥，农作物大多为一年两熟，北部部分地区两年三熟。
华北平原大体在淮河以南属于北亚热带湿润气候，以北则属于暖温带湿润或半湿润气候。冬季干燥寒冷，夏季高温多雨，春季干旱少雨，蒸发强烈。春季旱情较重，夏季常有洪涝。年均温和年降水量由南向北随纬度增加而递减。
黄淮地区年均温14～15℃，京、津一带降至11～12℃，南北相差3～4℃。7月均温大部分地区26～28℃;1月均温黄、淮地区为0℃左右，京、津一带则为-5～-4℃。
全区0℃以上积温为4500～5500℃，10℃以上活动积温为3800～4900℃，无霜期190～220天。平原年降水量500～1000毫米。南部淮河流域800～1000毫米，黄河下游平原600～700毫米，京、津一带500～600毫米。