山西省位于华北西部的黄土高原东翼，其地理坐标北纬34°34'～40°43'、东经110°14'～114°33'。东西宽度约290公里，南北长度约550公里，全省总面积为15.63万平方公里，占全国总面积的1.6%。山西地形复杂，包括山地、丘陵、高原、盆地和台地等多种地貌类型。山区和丘陵占全省总面积的三分之二以上，海拔大多在1000米至2000米之间。五台山的北台叶斗峰是最高点，海拔3058米，而最低点在垣曲县西阳河入黄河处，海拔180米。山西的边界轮廓大致呈东北斜向西南的平行四边形，东临太行山与河北省相邻，西、南以黄河为界与陕西省、河南省相望，北靠内长城与内蒙古自治区相连。
山西是一个夹在黄河中游峡谷和太行山之间的高原地带，山区面积占全省总面积的70%以上。从地形上看，山西呈现为一个斜长方形，由东北斜向西南，东西宽约290公里，南北长约550公里。山西的山脉众多，如太行山、吕梁山、北岳恒山、五台山和中条山等。五台山主峰叶斗峰是华北最高峰，海拔3058米。中部有大同、忻州、太原、临汾、长治和运城等盆地。
山西河流众多，大小河流超过1000条，其中流域面积大于100平方公里、河长在150公里以上的有240条，大于4000平方公里、河长在150公里以上的有汾河、沁河、涑水河、三川河、昕水河、桑干河、滹沱河和漳河等。汾河是省内最长河流，全长659公里，是黄河的第二大支流。
山西有六大盆地，包括大同、忻州、太原、临汾、运城和长治盆地，东部还有阳泉、寿阳、襄垣、黎城、晋城等小盆地。
山西位于大陆东岸的内陆地区，外缘有山脉环绕，因此受海风影响较小，形成了强烈的大陆性气候。北部较冷，导致山西的气候特征为冬季长而寒冷干燥，夏季短而炎热多雨，春季日温差大，风沙多，秋季短暂，气候温和。山西属于中温带和暖温带季风气候区，平均降水量为400到650毫米。
山西地形多样，高差悬殊，既有纬度地带性气候，又有明显的垂直变化。山西地处中纬度，距离海洋不远，但由于山脉阻隔，夏季风影响不大，属于温带大陆性季风气候。年平均气温为3～14℃，昼夜温差大，南北温差也大。西部黄河谷地、太原盆地和晋东南的大部分地区平均温度在8～10℃之间，而临汾、运城盆地年均温度达12～14℃。冬季全省气温均在0℃以下，夏季全省普遍高温，7月份气温介于21～26℃之间。山西无霜期南长北短，大同盆地为110～140天，五台山仅85天，忻州盆地以北和东部山区135～155天，临汾、运城盆地则长达200～220天。全省年降水量在400～650毫米，夏季6月～8月降水高度集中且多暴雨，降水量约占全年的60%以上。全省降水受地形影响很大，山区较多，盆地较少。山西的三个多雨区为晋东南太行山区和中条山区、五台山区以及吕梁山区。
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