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重庆位于东经105°11' 至110°11'、北纬28°10'至32°13' 之间的青藏高原与长江中下游平原的过渡地带，地处北部大巴山、东部巫山—武陵山、南部大娄山、西部华蓥山的围合范围内，由数条大致平行的东西—西南走向的典型隔挡式背斜和盆缘山地构成基本地貌骨架。长江干流自西向东横贯全境，以长江干流为轴线，汇集上百条大小支流。地势沿河流、山脉起伏，形成南北高、中间低、从南北向河谷倾斜的地貌，构成以山地、丘陵为主的总体地形特征。在大地构造上，重庆分属川中褶带、川东褶带、川东南陷褶带和大巴山弧形断褶带4个单元。
地势起伏大，层状地貌明显，市域东北部、东部、东南部和南部以低山、中山为主，大部分山地海拔在1 500m以上，地势较高；中西部和西北部以海拔300～800m的条形背斜山相间的丘陵和河谷平坝为主，地势相对低缓开阔。全市最低点在巫山县碚石村鱼溪口，海拔73.1m；最高点为巫溪、巫山和湖北神农三县交界的阴条岭，海拔2 796.8m，相对高差2 723.7m。
地貌类型复杂多样，以山地、丘陵为主。全市地貌类型分为中山、低山、高丘陵、中丘陵、低丘陵、缓丘陵、台地、平坝等8大类。其中，山地面积为6.24万km 2 ，占全市总面积的76%；丘陵面积近1.499万km 2 ，占全市总面积的22%；河谷平坝面积1 976.14km 2 ，占全市总面积的2%。
地质构造十分复杂，地貌形态组合的地区分异明显。华蓥山—巴岳山以西，包括潼南、大足、双桥全境，合川、铜梁西部和荣昌北部为丘陵地貌；华蓥山至方斗山之间，包括合川、铜梁、荣昌东部、永川、璧山、渝北、长寿、垫江、梁平、万州、丰都全部，开州、巫溪、奉节、巫山、丰都、忠县、涪陵、南川等县（市）的一部分为平行岭谷区；北部包括城口县全部、开州、巫溪大部，奉节、云阳的北部为大巴山中山山地；东部、东南部和南部属巫山大娄山山区。
重庆东部和东南部地区，喀斯特地貌大量集中分布，地下水和地表喀斯特形态发育较好。在北斜条形山地中发育了渝东地区特有的喀斯特槽谷奇观。在东部和东南部的喀斯特山区分布着典型的石林、峰林、洼地、浅丘、落水洞、溶洞、暗河、峡谷等喀斯特景观。
重庆市属于亚热带季风气候区。由于冬季受东北季风控制，夏季受西南气流影响，加之盆地周围山脉阻挡，地形复杂，江河纵横，植被分布不均等，形成了重庆独特的气候特征。有谚曰：“春早老天常变脸，夏长酷热多伏天，秋晚绵绵多阴雨，冬暖尽是云雾天。”气候的主要特点表现在以下方面。
重庆气候温和，属亚热带季风性湿润气候，是宜居城市，大部分地区的年平均气温为13.7～18.5℃，全年最高气温≥35℃的日数可达20～50d，高于同纬度其他地区。受西太平洋副高压和青藏高压的影响，加之重庆南有云贵高原，东有巫山和武陵山，夏季偏南风越过盆周围山地产生焚风效应，加重了炎热程度，使长江、嘉陵江、乌江等河谷地带夏季多酷暑。
重庆市大部分地区的年降水日数为150～165d，年平均降水量为1 000～1 350mL，降水多集中在5—9月，占全年总降水量的70%左右。雨量地域差异较大，总体上呈现出自东部向西部、山地向平坝河谷逐渐减少的趋势。春季多夜雨，具有“巴山夜雨”的气候特色，年夜雨量占年总降水量的60%～70%。夏季盛行变性的热带海洋气团，是降水最多的季节，形成雨热同期的季风气候特征。秋季受大气环流和地形的影响，降水强度较小，历时较长，形成秋雨绵绵的气候特色。
重庆市地处四川盆地且位于长江、嘉陵江交汇处，湿润少风。受工业污染和逆温层作用，重庆常年多雾，尤以冬春为甚，年平均雾日为70d，雾日最多的年份达140d以上，使重庆市多数地区年日照数比同纬度地区显著偏少，是中国日照最少城市之一，年平均日照时数仅为1 000～1 400 h，为可日照时数的25%～35%。7至8月略高，月均日照时数230 h。其他月份在150 h以下，全年日照时数较少的时段是冬季，可能出现全月无日照的极端现象。重庆亦有“雾都”之称。每年秋末至春初多雾，年均雾日为68d。每逢雾日，满城云缠雾绕，大街小巷缥缈迷离，恍若仙境。
重庆市因地势起伏大，山地众多，地形对气候的影响突出。在河谷地区，尽管夏季已是炎热的酷暑，但在大多数山地仍然十分凉爽，宛若春秋。大多数山地冬季均有积雪，相关资料显示，由于受特定自然环境和大气环流的影响，重庆市天气复杂多变，旱、涝、风、雹、高温、冷害、雾害、雪灾、泥石流和雷电灾害常有发生，尤以旱、涝、风、雹为甚。其中，干旱是重庆市的主要气象灾害，不仅频繁且危害严重，民间更有“三年一大旱，年年有小旱”之说。
重庆地处长江流域上游，水系十分发达，大小支流均属长江水系，有长江、嘉陵江、乌江、綦江等36条入境河流，除北部城口县任河向西北流入汉水，东南部酉水向东流入沅江，西部濑溪河和大清河汇入沱江外，其余河流均在市域内流入长江。重庆流域面积大于3 000km 2 的主要河流有：长江：长江自江津羊石镇入境，于巫山碚石出境，境内河长683.8km。嘉陵江：嘉陵江在合川区古楼镇入境，在合川接纳渠江、涪江两大支流后于渝中区朝天门汇入长江，境内河长153.8km。乌江：自酉阳土家族苗族自治县黑獭坝入境，经彭水和武隆，在涪陵城东汇入长江，境内河长219.5km。乌江横切构造，峡多流急，被称为乌江“天险”。綦江：在綦江羊角镇入境，在江津顺江镇汇入长江，境内河长153km。小江：发源于开州白泉乡青草坪，在云阳县附近注入长江。干流长117.5km。大宁河：发源于巫溪县大圣庙，在巫山县城汇入长江，河长142.7km。该河形成了著名的大宁河小山峡，小小三峡等自然景观。御临河：在渝北区洛碛镇太洪岗注入长江。境内河长58.4km。龙溪河：发源于梁平县天台乡，经垫江县，在长寿区注入长江。除了密集的河网外，重庆市拥有长寿湖、大洪湖、小南海、龙水湖、青龙湖、白石湖、双龙湖等大大小小的湖泊不计其数。