В течение всего года здесь господствуют континентальные воздушные массы умеренных широт. Кроме них, поступает арктический и континентальный тропический воздух, а также в редких циклонах, приходящих с запада, трансформированный атлантический воздух. Малое влагосодержание воздушных масс и преобладание антициклональной погоды обусловливают небольшое годовое количество осадков, изменяющееся от 400-450 мм в северных и горных районах до 200-250 мм в Прибалхашье.
Зимой территория находится под воздействием отрога высокого давления, отходящего от Азиатского максимума. К северу и к югу от него давление понижается, поэтому в северной части страны преобладают юго-западные и южные ветры, а в южной – северо-восточные и северные. Антициклональные условия способствуют выхолаживанию территории. Средние температуры января изменяются от -18 на севере до -14 °С на юге, что на 8-10° ниже среднеширотных. В отдельные дни температура понижается до –42-45°С, а на северо-востоке до -49°С. При адвекции тепла с юга и юго-запада при прохождении циклонов температура повышается до +5-7 °С.
Зимой выпадает около 20-30% годовой суммы осадков, поэтому мощность снежного покрова составляет в среднем 20-25 см на севере и около 15 см на юге. На распределение снежного покрова большое влияние оказывают сильные ветры и оттепели. Сильные ветры сопровождаются метелями, за зиму бывает 40-60 дней с метелями. Зимние оттепели не приводят к стаиванию снега, но существенно уплотняют его. На поверхности образуются ледяные корки, которые покрываются свежевыпавшим снегом. Небольшая мощность снежного покрова, его неравномерное залегание, низкие температуры воздуха способствуют сезонному промерзанию почв в среднем до глубины 90-140 см на севере и 50-60 см на юге.
Весна очень короткая. При увеличении инсоляции быстро стаивает, частично испаряясь, снег, прогревается воздух. Возможны возвраты холодов, иногда сопровождающиеся снегопадами при вторжении арктического воздуха. При малой мощности и быстром сходе снежного покрова почвы не могут существенно увлажниться.
Летом происходит сильное прогревание поверхности. Преобладает малооблачная или ясная погода без осадков. Средние температуры июля изменяются от +19-20° до +20-26 °С. В горных массивах наблюдается понижение температуры с высотой. На юге июльские температуры на 5-6° выше среднеширотных. Абсолютный максимум температур достигает +40-42 °С. Летние осадки связаны в основном с прохождением циклонов по фронтальной зоне, разделяющей континентальный воздух умеренных широт и местный среднеазиатский (туранский) тропический воздух. Максимум осадков выпадает в северной части в июне, а в южной – в мае. Летние дожди имеют характер ливней, поэтому слабо увлажняют почву.
В летнее время велика повторяемость засушливых погод, которая в среднем многолетнем составляет от 25-30% на севере до 75-80% на юге. Чаще всего засухи связаны с вторжением арктического воздуха. Летом преобладают северные ветры. Они сухие и увеличивают испарение. При сильных ветрах возникают пыльные бури и мгла, обусловленная значительным содержанием пыли в воздухе.
При большой испаряемости, достигающей в северной части страны 500 мм, а на юге 1000 мм, испарение почти на всей территории равно количеству осадков, поэтому всюду наблюдается недостаток влаги в почве и черты аридности в облике природы.
В связи с дефицитом влаги, особенно резко выраженным в южных районах, поверхностный сток мал, речная сеть очень разреженная. Реки маловодны. Большая часть территории относится к внутренней бессточной области. Лишь Ишим и его притоки сбрасывают свои воды в бассейн Оби. Остальные реки северной покатости Казахского мелкосопочника текут в сторону Иртыша, но не доносят до него свои воды и заканчиваются в небольших бессточных озерах на юге Западной Сибири или теряются в собственных наносах. Многие реки образуют самостоятельные бассейны замкнутого стока. Самой крупной из таких рек является Нура, берущая начало в Каркаралинских горах и впадающая в оз. Кургальджино. Берущие начало в Казахском мелкосопочнике реки Сарысу и Тургай теряются в песках. Реки, текущие к озерам Балхаш и Зайсан, чаще всего не доносят до них свои воды. По водному режиму реки мелкосопочника относятся к особому казахстанскому типу.
Питание рек преимущественно снеговое, поэтому сток исключительно неравномерный. Реки полноводны только весной. В остальные сезоны они почти не дают стока, так как летние осадки почти полностью испаряются, а грунтовые воды обычно залегают глубоко. Большая часть рек летом пересыхает, распадаясь на отдельные плесы, соединенные лишь подземным стоком в аллювии либо совсем изолированные и осолоняющиеся. Для всех рек Казахского мелкосопочника характерен ледостав, а мелкие реки промерзают до дна.
На территории страны имеется большое количество озер, имеющих некоторые общие особенности: бессточность, мелководность, резкое изменение уровней и объема вод в течение года. Многие озера, имеющие весной пресную воду, в течение лета в результате испарения воды становятся солеными или полностью высыхают, превращаясь в мокрые солончаки. Среди мелководных озер самыми крупными являются горько-соленое оз. Тенгиз и опресненное в северной части р. Нурой оз. Кургальджино. Большая часть озер сосредоточена в северной части мелкосопочника. Среди них преобладают небольшие озера, заполняющие котловины дефляционного и суффозионного происхождения. Выделяется своей красотой группа пресных Кокчетавских озер (Боровое, Щучье, Б. и М. Чебачье), имеющих тектоническое происхождение. Самым крупным озером Казахского мелкосопочника является Зайсан, занимающее тектоническую котловину. Это озеро проточное, в него впадает р. Черный Иртыш, а вытекает из него р. Иртыш. После создания водохранилища Бухтарминской ГЭС уровень озера поднялся, возросла его глубина и площадь водной глади.
Исследования последних десятилетий показали, что в недрах Казахского мелкосопочника сосредоточены большие запасы подземных вод. Особенно обильны трещинно-карстовые и трещинные пресные и солоноватые воды в палеозойских известняках и в гранитоидах. Меньшие запасы содержат пластовые воды, часто солоноватые и соленые, приуроченные к кайнозойским отложениям впадин (Тенгиз-Кургальджинской, Карагандинской, Джезказганской). Более обильны грунтовые, преимущественно пресные воды аллювиальных отложений крупных речных долин. Глубина залегания грунтовых вод изменяется от 1 до 20 м.
Почвы, растительность и животный мир
Почвы, растительность и животный мир в своем распространении тесно связаны друг с другом и отражают широтное изменение гидротермических условий, прежде всего закономерное увеличение аридности к югу. Наличие низкогорных массивов в пределах страны обусловливает проявление высотной дифференциации в увлажнении территории, а отсюда и в размещении почв и растительности. Этим обусловлено наличие лесостепных комплексов в горных массивах и проникновение степей на юг до 49° с. ш. в наиболее приподнятой центральной части мелкосопочника.
Почвы Казахского мелкосопочника отличаются некоторыми специфическими чертами, обусловленными свойствами литогенной основы и резко континентальным засушливым климатом, следствием которого является слабое выщелачивание. Для них характерны карбонатность, солонцеватость, относительно малая мощность гумусового горизонта и языковатость почвенного профиля, связанная с образованием трещин при зимнем промерзании и осыпанием частиц из верхнего гумусированного горизонта. Почвообразующими породами часто являются элювий и делювий коренных пород, поэтому почвы нередко щебнисты и хрящеваты. Щебнистость грунтов, легко фильтрующих влагу, увеличивает сухость почв. Для районов распространения мелкосопочника характерны малоразвитые каменистые и щебнистые почвы с укороченным и неполным профилем. Почвенный покров здесь прерывается скальными выходами.
Среди зональных почв Казахского мелкосопочника преобладают каштановые почвы, представленные тремя подтипами: темно-каштановыми, типичными каштановыми и светло-каштановыми. В северных районах (на правобережье Ишима) распространены черноземы южные и обыкновенные, а на юге – бурые пустынно-степные и серо-бурые почвы. К горным массивам приурочены горные черноземы и горные каштановые почвы. Помимо зональных почв здесь развиты солонцы, солончаки, лугово-черноземные, лугово-каштановые, лугово-аллювиальные и др.
Для Казахского мелкосопочника характерна комплексность почвенно-растительного покрова. На большей части территории страны господствует степная растительность. К степям и полупустыням приурочены разные ее зональные типы. В степной зоне распространены разнотравно-дерновинно-злаковые, в полупустынях – злаково-полынные сообщества. Пустынный тип растительности занимает небольшую территорию в Прибалхашье и участвует в растительном покрове полупустынь. Наряду с зональными типами широко распространена растительность солонцов и солончаков, а также луговая растительность речных пойм и озерных котловин. На гранитных сопках и горных массивах Кокчетавских, Каркаралинских и других гор встречаются реликтовые сосновые боры и березняки.
Животный мир Казахского мелкосопочника состоит из фауны степей, пустынь и лесов. Особенно характерно обилие грызунов: большой, желтый и. малый суслики, большой тушканчик, слепушонка. различные полевки, степные пеструшки. Из хищников встречаются волк, лисица, барсук, ласка, горностай, степной хорек и корсак. Сохранилась здесь и сайга. Из птиц типичны дрофа, стрепет, журавль-красавка и особенно многочисленны жаворонки, среди которых встречается эндемичный черный жаворонок. Из лесных видов на территории Казахского мелкосопочника встречаются заяц-беляк, красная полевка, гаичка черноголовая, дятел-желна, чиж и др. В низкогорных массивах встречаются типичные горные виды: монгольская пищуха, пестрый каменный дрозд, монгольский вьюрок, горная чечетка и др. Из пресмыкающихся здесь обитают удавчик, ящерица-круглоголовка, змея-щитомордник, быстрая ящурка, черепаха. На зарастающих озерах гнездится множество водоплавающих птиц. Озера и реки – места отдыха огромного количества перелетных птиц.