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《史记·留侯世家》：“夫关中左崤函，右陇蜀，沃野千里，南有巴蜀之饶，北有胡苑之利，阻三面而守，独以一面东制诸侯，诸侯安定，河渭漕挽天下，西给京师；诸侯有变，顺流而下，足以委输。此所谓金城千里，天府之国也。”留侯张良眼中的“金城千里，天府之国”的陕西省山川形势复杂，总特点是南北高，中部低，南北长，东西窄，酷似秦始皇陵跪射兵马俑的形象。
陕西北部属于黄土高原，中部为关中平原，南部是秦巴山地。陕北黄土高原主要是由塬、梁、峁和沟壑组合而成的起伏丘陵地、局部地区分布有中低山，比较著名的山脉有坐落于西北部的白于山（海拔1823米），延安和甘泉之间的崂山（海拔1413米），陕甘交界的子午岭（海拔1845米），陕北东南部的黄龙山（海拔1783米）、关中西陲的陇山（海拔2240米）以及陕北黄土高原与关中平原之间的北山。这些山岭构成了黄土高原上大小河流的分水岭。
关中平原俯卧于陕西省中部，西高东低，地势较为平坦。关中平原的南缘，秦岭山脉拔地而起，山势庞大而险要，横贯本省中南部，是我国著名的大山之一。从西到东有紫柏山、玉皇山、太白山、终南山和华山，其中以太白山为最高，海拔3767米。横亘在川陕交界的大巴山，是陕西省的第二大山脉，被任河 分成两段，西段称米仓山，东段称大巴山，主峰化龙山海拔2917米。
本省的河流分属黄河、长江两大水系。黄河是秦、晋两省的界河，两者之间河段长约710千米。黄河在禹门口以上河谷深切并嵌入黄土高原，至潼关港口转折东流，成为豫晋界河。在陕西省境内，黄河的主要支流有窟野河、秃尾河、无定河、清涧河、延河、洛河、泾河、渭河和南洛河。渭河是黄河的最大支流，纵贯关中平原。由于秦岭北坡陡峭，河流短小，水流湍急，峪口众多，自古以来就是我国南北交通的要道。秦岭以南为长江水系，发源于陕西省的重要支流有汉江和嘉陵江。汉江在陕西境内的支流最多，较大的支流有玉带河、黑河、濂水河、褒河、水河、酉水河、子午河、金钱河、丹江等。
黄土台塬
塬是黄土堆积受流水侵蚀残留的高原面，地表平坦，坡度1～3度，如泾河上游的董志塬、洛河的洛川塬等。塬面被沟谷强烈侵蚀后称为破碎塬。在大的地堑断陷谷地里，断裂往往呈复式阶梯状。覆盖其上的黄土塬称为黄土台塬。黄土台塬通常保存较完整，如汾渭断陷谷地里的黄土台塬。梁在平面上呈长条形，顶部宽度不大，多数仅长几十米到数百米至数千米，面积约2平方千米。
由于地貌南北的的差异，明显地将陕西省分为三种完全不同的类型，由北到南分别为高原、冲积平原、皱褶断块、山地。这种地形特征，是地质作用的结果。根据上述山川形势和地貌特征，本省可分为三大地貌类型区，即陕北高原、关中盆地和秦巴山地。
陕北高原位于内蒙古、陕西交界至北山之间，海拔1000～1900米。北临长城、毛乌素沙漠，西达白于山、子午岭和六盘山，东临黄河西岸，南以凤翔、耀州、韩城以北的北 山山脉为界，面积约占全省总面积45%。陕北高原地势西北高，东南低。发育着沙滩地貌和黄土高原丘陵沟壑地貌。沙地主要分布在长城一线以北，北与内蒙古伊克昭盟沙地连片，南接黄土高原，西连宁夏沙区，东至神木窟野河，主要包括定边、靖边、横山、榆林、神木等县市的北部地区，面积14431平方千米。地势由西北向东南倾斜，地形比较平坦。著名的毛乌素沙漠就位于这一地貌区域内。
汉中油菜花田
汉中北依秦岭，南屏大巴山，气候温和湿润，是陕西的鱼米之乡，素有“小江南”之称。
黄土高原丘陵沟壑地貌位于风沙滩地与关中盆地之间，东以黄河为界，西至陕甘交界与陇东黄土高原相连。这里经过流水、 重力等营力的长期作用，地面形成了千沟万壑、支离破碎的地貌特征。甘泉县以北为黄土梁、峁、沟壑结合的丘陵地貌；以南为黄土梁、塬和沟壑地貌。从区域组成来看，绥德、米脂一带是以峁为主的峁梁沟壑丘陵区，延安、延川是以梁为主的梁峁沟壑丘陵区；洛川原是陕北高原保存较为完整、面积较大的黄土塬；破碎塬主要分布在宜川、彬县、长武一带。
关中盆地介于秦岭与黄土高原之间，西起宝鸡，东至潼关，北至北山，南至秦岭，地势西高东低，平均海拔800～1000米，东西长360千米，西窄东宽，西安以东最宽处约100千米，西至宝鸡逐渐收缩成峡谷。关中盆地次一级地貌类型主要有河道、河漫滩、阶地、黄土台塬、山前洪积扇。分布特点是以渭河河道为中轴，向南北两侧依次出现河漫滩、阶地、黄土台塬、山前洪积扇。
河漫滩主要为渭河滩地，主要分布在宝鸡至洛河口段，有夹心滩、边滩等。沿渭河滩地两侧伸展的一、二级阶地称为川地，高出渭河水位约10米到20米。黄土台塬为分布在渭河二级阶地外侧的黄土高阶地，面积约占关中盆地面积的五分之二。渭河北岸台塬比较宽广平坦，分布连续成片，是关中主要的产粮区。渭河南侧的黄土台塬断断续续，均高出渭河几百米，呈现阶梯状或倾斜的盾状，从秦岭北麓向着渭河缓缓倾斜。著名的台塬主要有五丈原、神禾原、白鹿原、少陵原、阳郭原等。山前洪积扇分布在秦岭北麓和北山南麓，沙石多，壤土少。关中盆地总的特点是地势平坦，土壤肥沃，水利条件较好，有利于工农业生产和交通运输的发展。
秦巴山地北邻关中盆地，南至省界，呈东西走向，长约450千米，宽约300千米。面积约占全省面积的44%。主要地貌类型为秦岭山地、大巴山地和汉江谷地。
秦岭山系横亘在渭河平原与汉江谷地之间，是长江与黄河的分水岭，也是我国南北方的天然分界线。山高坡陡，山峦叠嶂，大部分山地海拔在1500～2500米，是在皱褶基础上断裂抬升形成的南俯北仰的巨大断 块山地。秦岭北坡陡峻，断崖如壁，峡谷深切，河流短而流急，多急流、瀑布和险滩；南坡较缓，河流源远流长，宽谷与峡谷交替出现，间或有山间断陷盆地出现，因盆地中常见中生代、新生代的红色岩系，故称红色盆地，如洛南盆地、商丹盆地、山阳盆地、商南盆地、太白盆地、香泉盆地等。
汉江谷地介于秦岭、大巴山之间，以800米等高线为界，西起宁强县的烈金坝，东至白河县，东西长约450千米，南北宽10～60千米，峡谷与盆地相间出现。自烈金坝向东至丹凤县武关镇，为汉江上游河段，河谷宽约2千米，局部地区河川坝子与小峡谷交替出现。武关镇至洋县龙亭铺，为富饶的汉中盆地，长约100千米，宽5～20千米。汉江两岸还发育有四级阶地。其中第一二级阶地构成汉中盆地的主要川地，地面平坦，水源充足，土壤肥沃，是陕西省的主要稻谷产区。
大巴山地处汉江谷地以南，在陕西省的部分主要是大巴山的北坡，东西长300千米，是汉江与嘉陵江的分水岭。大巴山虽然不如秦岭高峻，但由于皱褶、抬升、断裂等作用强烈与秘籍，故有些地方山崖山势峥嵘，并不亚于秦岭。
陕西凤县秦岭
陕西气候具有明显的季风气候特征。由南至北可分为北亚热带、暖温带、中温带三个气候带。秦岭南麓和巴山北坡属北亚热带气候，秦岭北坡、关中和陕北南部属暖温带气候，陕北北部为中温带气候。秦岭是南北气流的天然屏障，对北上热气流有抬升作用，对南下冷气流有阻缓和减弱作用，加上山体高大，气候垂直分异明显；另外，汉江谷地、关中盆地、陕北部分地区由于地形的影响，东西之间气候也有一定差异，表现为热量东部多与西部，水分西部多于东部。综上所述，陕西气候总的特点是：季风气候南北差异大，东西有区别，北部大陆性比较强。
中温带气候区包括吴旗、米脂以北的长 城沿线各县。冷期长，降水少，风沙大，大陆性气候明显。无霜期140～160天，年平均降水量350～500毫米。农作物一年一熟，谷、糜子和春小麦是主要农作物。
暖温带区北接吴旗、米脂一线，南至秦岭主分水岭以北，包括陕北高原的大部分，整个关中盆地及秦岭山地的中、高山区。日照充足，温差大。无霜期160～220天，年平均降水量500～800毫米，属于暖温带半干旱和半湿润地区。大多数地区可以一年两熟或两年三熟。
北亚热带区包括秦岭南麓低山丘陵及其以南地区。纬度较低，冬季因有秦岭的屏障作用，气温比国内东部同纬度平原区高。冬温夏热，四季分明，雨量充沛，气候暖湿，属华中气候区。无霜期可达2602天，是陕西省农作物生长期最长的地区。年平均降水量750～1300毫米，夏季易受湿热的东南季风的影响，温暖多雨，是陕西省水热条件最优越的地区。海拔800米以下的低山、丘陵和川道盆坝区，多种植水稻、小麦和油菜，一年两熟。其地理景观和人们的生活习惯，都具有明显的中国南方特色。
陕西洋县汉江
汉江，全长1577千米，其中陕西境内干流长657千米，湖北境内长920千米，总落差1964米。汉江是长江最长的支流，在历史上占居重要地位，常与长江、淮河、黄河并列，合称“江淮河汉”。
陕西是中国的矿产资源大省之一。目前已经发现的137种矿产中，已探明储量的有91种。储量居全国第一的有锶、铼、水泥灰岩等9种；居第二位的有天然气、钼、汞、高岭土等9种；据第三位的有煤、石棉等11种。全省含煤面积5万平方千米，探明储量11亿吨，探明储量7.6亿吨，保有储量5.1亿吨。陕北神府煤田是世界上最大、最洁净的优质动力煤田之一，探明储量1349亿吨，煤质好，低硫、低磷、低灰，高热量。陕北天然气是中国最大的陆上整装气田，预测储量2万多亿立方米，探明储量3500多亿立方米。
陕西现有森林面积593公顷，森林覆盖率28.8%。天然林主要分布在秦巴山区、关中、黄龙山和桥山。有野生植物3300余种，其中珍稀植物37种。动物种类繁多，资源丰富。野生脊椎动物有753种，其中国家重点保护动物79种。大熊猫、金丝猴、金毛扭角羚、豹、云豹、虎、朱鹮、白鹳、黑鹳、大鸨、褐马鸡等13种为国家一级重点保护的野生动物。陕西的朱鹮、大熊猫、金丝猴和金毛扭角羚被誉为四大国宝。