गर्म व सूखी गर्मियों और ठंडी शीत-ॠतु के साथ बेथलहम में भूमध्यसागरीय जलवायु है। शीत-ॠतु (मध्य-दिसंबर से मध्य-मार्च) का तापमान ठंडा और बरसाती हो सकता है। जनवरी सबसे ठंडा माह है, जिसमें तापमान 1 से 13 अंश सेल्सियस (33–55 अंश फारेनहाइट (°F)) के बीच हो सकता है। मई से सितंबर तक, मौसम गर्म और धूप से भरा होता है। 27 अंश सेल्सियस (81 अंश फारेनहाइट (°F)) के उच्च तापमान के साथ अगस्त सबसे गर्म माह है। बेथलहम में प्रतिवर्ष औसतन वर्षा होती है, जिसमें से 70% नवंबर से जनवरी के बीच होती है।

बेथलहम की औसत वार्षिक सापेक्ष आर्द्रता 60% है और जनवरी व फरवरी के बीच यह अपनी उच्चतम दरों पर पहुंच जाती है। मई में आर्द्रता के स्तर न्यूनतम होते हैं। प्रतिवर्ष 180 दिनों तक रात में ओस पड़ सकती है। इस शहर पर भूमध्यसागर से आने वाली हवाओं का प्रभाव पड़ता है, जो कि दिन के मध्य में उत्पन्न होती हैं। हालांकि बेथलहम अप्रैल, मई और मध्य-जून के दौरान अरब के रेगिस्तान से आने वाली गर्म, सूखी, रेत-भरी और धूल-भरी "खमासीन (Khamaseen)" हवाओं से भी प्रभावित होता है।

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