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在叙述更新世时期环境前，需简要概述更新世之前的地质变动。日本列岛的主体部分原本是欧亚大陆的一部分，但在约2000万年前随着日本海的逐步形成而与大陆分离。一般认为，约1700万年前，因地壳运动导致东北日本与西南日本沿着相反的方向移动，最终形成了现在的狭窄弧形列岛。在1200万—600万年前之间，列岛除九州的大部分地区的地质活动由扩张向收缩运动转换，进而出现山地隆起、盆地下沉、火山频发等现象。许多原来的低矮山地，如飞驒山脉、日高山脉、奥羽山脉等到第四纪时期均相继隆起为高耸的山脉。在古第三纪末尚处于平原状态的近畿、中国地方也从前期更新世开始不断隆起，同时发生的地质断层促使今天的大阪盆地、古琵琶湖及伊势湾缓慢形成。
今天的日本，受季风及四面环海等地理因素的影响，气候宜人，四季分明，温暖、湿润，降水充沛，非常适合动植物生息繁衍。但在更新世时期，地球的气候环境反复出现剧烈变动，特别是从约80万年前开始，以10万年为周期的冰期与间冰期交替主导地球表面。通过对日本关东平原的花粉及植物遗留物的研究，可知在旧石器时代，日本列岛的环境气候与今日区别巨大。概括言之，更新世阶段受冰期影响，日本列岛周边的海平面比今天至少下降100米，现在的北海道、库页岛及南千岛群岛与亚洲大陆相连接，被称为古北海道半岛。本州、四国及九州亦连接为一个整体，当时濑户内海尚处于陆地状态，只有较深的津轻海峡将北海道隔开，形成了被称为古本州岛的大岛。这样的古地理环境构成了日本旧石器文化产生和发展的基础，特别是狭窄的津轻海峡的存在对古北海道半岛与古本州岛的古人类文化差异产生了深刻影响。古北海道半岛因与亚洲大陆接壤，受到大陆旧石器文化的直接影响，与东西伯利亚及远东地区的旧石器文化联系紧密；与之相对，古本州岛的旧石器文化则具有一定的独立性。
在理解日本旧石器时代的人类生产生活、社会结构乃至精神文化状况时，必须对古今气候及地理环境的迥异有基本的认识。
一般来说，历史时期愈古，人类对环境的依赖愈深。旧石器时代的人类生产生活工具都极为简陋，而作为人类基本食物资源的动植物状况亦随着自然环境的变化而变化。石器时代的人类工具并非只有石器，当时的狩猎采集工具多半还是木制品，但木制品很难保存，因此考古学家只能用实际发现的石器来命名这个时代。通过了解古代环境的变迁，我们可以探寻早期人类与环境变化的博弈与适应的过程，而两者的互动是推进旧石器文化不断演进、发展的核心动力。
日本列岛人类史的上限暂定为旧石器时代晚期，其大部分时期处于末次冰期的寒冷气候状态，但在末次冰期范围内短期的环境变化也不容忽视。在日本已发现的旧石器时代遗址中，留存下来的直接反映人类活动的动植物遗物非常少，光靠已发现的考古遗迹、遗存文物来了解史前人类的生产生活很难不产生巨大的偏差。因此，历史和考古学界一般通过采集宏观地理环境中动植物的基本数据，作为推断当时人类活动的间接证据。此处需指出的是，试图利用花粉、大型植物遗体等资料复原旧石器时代的人类对当时植物资源的利用情况殊非易事。而留存下来的动物遗物则更加稀少，这客观上制约着相关研究。但最近二十年来，对自然科学的技术方法的充分利用，极大地推动了对旧石器时代古环境研究及人类史的整体性研究。比如利用地层学的研究方法，可对不同时期的古生物发展史进行宏观考察。位于关东房总半岛的上总层群和关西地区的大阪层群被认为是日本列岛从新第三纪进入第四纪更新世的代表性地层。大阪层群分布于京都、奈良和大阪等地的平原与盆地，其地层分为最下部、下部、上部三个部分。该层群的最下部处于新第三纪时期，存在枫香树、银杏树、水杉等杉属裸子植物群曾茂密生长的证据，这表明当时此地的气候偏温暖湿润。但该地层的下部堆积则清楚地显示，喜温暖气候的植物不断消失，逐渐为红松、云杉、睡菜等亚寒带植物所取代。据此推断，大阪层群下部的下限便是第四纪更新世开始的时间。日本的樽野博幸等学者通过对近畿地区脊椎动物化石的研究，认为更新世初始阶段日本列岛上生息的动物以曙光剑齿象、麋鹿、鳄鱼类、甲鱼类等为主。
到了距今120多万年前的前期更新世中段，地层中的植物化石构成出现温带与寒带物种的叠加现象。这是因为地球表面冰期和间冰期交替出现，气候变化剧烈。在相对温暖的间冰期，被称为滋贺象的物种在日本各地栖息繁衍，生活在中国大陆北部地区的哺乳动物逐渐向日本列岛迁移。
进入约60万年前中期更新世的寒冰期阶段，东亚地区受寒冷气候的控制，日本列岛的大部分植被由亚寒带针叶林组成。在这一时期，东方剑齿象广泛地分布在从九州到东北地区的整个古本州岛。与其同时在日本列岛生息的动物，还包括来自东亚大陆的牛类、鹿属动物、杨氏虎、德氏水牛等物种。
中期更新世的后半阶段，即30万—20万年前的日本列岛迎来地质地形变迁的高峰，关西的大阪层群区域不断隆起，而大阪的中央平原地区则因地势较低不断受到海水倒灌侵袭。从处于高位地层的土壤构成可以推断，当时的气候以温暖湿润为主，应处于间冰期。
约8万年前日本列岛迎来末次冰川期，在约2.3万年前最寒冷的时期，年平均气温比现在低约7摄氏度。今天在本州、四国和九州常见的常绿阔叶林在当时仅存在于九州南部的狭窄地带，而针叶林构成当时植被的主体。末次冰期引发的温度降低导致海平面下降，今天的学术界一般认为当时的日本海已经被东亚大陆、古本州岛及古北海道半岛围成了一个内湖。尽管有经由津轻海峡进入的海水，但陆地淡水的不断注入让日本海的盐分含量是逐渐降低的。与此同时，东亚大陆的驼鹿、西伯利亚野牛等大型哺乳动物可以通过陆地化的对马海峡及津轻海峡的“冰桥”进入日本列岛。
末次冰期开始后的数万年时间内动植物的生存状况如何，这是探讨旧石器时代晚期日本列岛人类活动的关键背景。根据对地层中花粉及植物遗留物的分析，关东平原在末次冰期前半段的植被构成以杉属、柏属以及日本特有的桧属日本云杉等温带常绿针叶林为主；在近畿地区，末次冰期前半段的植被主要由杉属、金松属等温带针叶林构成，也就是说此时期日本列岛植被主体是杉属乔木。而末次冰期后半段，关东平原植被以桧属、虾夷松、红松、铁杉等亚寒带针叶林为主；长野县野尻湖地区和京都府神吉盆地周围此时出现杉属乔木大幅减少、松属亚寒带针叶林大量生长的现象。因此，一般认为此阶段的气候以寒冷、少雨、干旱为主要特征。
不过，在末次冰期前半段与后半段之间，即约5万—3.3万年前存在一个亚间冰期。在对朝向日本海的福井县三方湖及近畿地区的花粉遗存进行分析后得知，在这个亚间冰期杉属、山毛榉属及栎树等温带落叶阔叶林曾一度在这些地方广泛分布，这反映出当时的气候以清凉、湿润、降水充沛为主要特征。与之相对，在面向太平洋的高知平原及近畿内陆地区柏属树木占据优势地位，因此可以判断该地区气候仍偏干燥。但总体而言，亚间冰期比末次冰期前后两个阶段要相对温暖湿润许多。
考古学家在对宫崎县川南町的后牟田遗迹调查后发现，处于亚间冰期地层（约4.5万—4万年前）的青篱竹属女竹与熊竹的推定生产量比率与温暖气候条件相对应。在九州南部的内陆地区、阿苏山周边及岛原半岛东部的同期地层中，还发现了黑垆土（黒ボク土），据此可推测当时应处于草原环境状态。
目前，黑垆土虽存在于日本列岛各处，但在世界其他地方却几乎没有被发现的案例。有学者认为这种黑垆土的形成可能掺杂有人为用火的因素，因此在黑垆土分布的地域应有相应的反映人类活动的遗址与遗物存在
，但尚需进一步的考古发现证明这样的论断。
在末次冰川期的约6万年的时间里，因列岛的气候以寒冷、干燥为主，人类可从动植物获取的食物资源有限，总体来说不利于人类的生存发展。以约1.5万年前为界，日本列岛的气候开始变得温暖起来，降水量也显著增加，原来居于统治地位的松属亚寒带针叶林逐渐为落叶阔叶林所取代。这一时期也是更新世与完新世交替的阶段。而随着气候的温暖化，人类也迎来了从旧石器时代向新石器时代发展的外部环境条件。