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克拉玛依市，地处准噶尔盆地西部。西北傍加依尔山，南依天山北麓，东濒古尔班通古特沙漠。北部、东北部与和布克赛尔蒙古自治县相接，西南与托里县为邻，南面与乌苏县、沙湾县接壤。中部、东部地势开阔平坦，向准噶尔盆地中心倾斜。 市域东西最宽处110千米，南北最长处240千米，克拉玛依市总面积7733平方千米，市区面积约16平方千米。海拔高度在270～500米之间。市区距新疆维吾尔自治区首府乌鲁木齐公路里程313千米，飞机航程280千米。克拉玛依市独山子区被奎屯市隔开于克拉玛依市南端，成为距市区150千米的“飞地”。 克拉玛依市地貌大部分为戈壁滩，地形呈斜条状，南北长，东西窄。 克拉玛依市位于中纬度内陆地区，属典型的温带大陆性气候。其特点是：寒暑差异悬殊，干燥少雨，春秋季风多，冬夏温差大。积雪薄，蒸发快，冻土深。大风、寒潮、冰雹、山洪等灾害天气频发。四季中，冬夏两季漫长，且温差大，春秋两季为过渡期，换季不明显。累年平均气温为8.6℃。1月为最冷月，历年月平均气温为-15.4℃，极端最低气温为-40.5℃，出现在1984年12月23日小拐地区。7月为最热月，历年月平均气温均在27.9℃，极端高温曾达到46.2℃，出现在2004年7月14日乌尔禾区百口泉地区。全年日照以7月份为最多，达302.5小时，12月份为最少，仅99.8小时。年平均降水量为108.9毫米，蒸发量为2692.1毫米，是同期降水量的24.7倍。累计平均大风日数为64.5天，夏季炎热日(≥35℃)年平均为27.6天，初霜一般在11月上旬出现，终霜一般在3月下旬结束，无霜期232.3天。