肅北縣南、北兩地區因所處緯度不同，地形地貌差異較大，氣候各具特點。
南山地區位於中緯度，深處歐亞大陸內地，受南來季風影響小，是典型的內陸高寒荒漠草原氣候。黨城灣地區年平均氣溫6.3℃，1月平均氣溫-7.9℃，極端最低溫度-25.1℃（1980年2月4日）；7月平均氣溫18.5℃，極端最高溫度33.9℃（1979年7月14日）。年降水量86—280毫米（壹般海拔每升高100米，年降水量增加8—12毫米），蒸發量2493毫米。年日照時數3111.5小時。無霜期156天。年均風力3.7級，最大風力10級，年均風速3.6米/秒。
北山地區因緯度偏北，戈壁廣布，遠離海洋，邊沿又有山脈阻隔，暖濕氣流不易到達，氣候更為幹燥，屬戈壁荒漠氣候（溫帶幹旱氣候）。公婆泉地區年均氣溫3.9℃，1月平均氣溫-11.8℃，極端最低溫度-33.7℃（1958年1月13日）；7月平均氣溫18.8℃，極端最高溫度34.5℃（1975年8月4日）。年降水量85.2毫米，蒸發量3072.9毫米，年日照時數3316.5小時時，無霜期128天，年均風力4.5級。