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屬暖溫帶大陸性干旱氣候帶。境內四季分明、光照長、氣溫年和日變化大，降水稀少，蒸發旺盛。夏季炎熱，但酷暑期短；冬無嚴寒，但低溫期長；春夏多大風、沙暴、浮塵天氣。因地形復雜，氣候差異較大，大體可分為5個區：

一、喀什平原氣候區。包括喀什北部、中部廣大沖積平原地區，年平均氣溫在11.4℃～11.7℃，年降水量39～664毫米，春夏秋冬四季分明。氣溫年變化和日變化大，降水變化顯著。日照長，氣候干燥。冬季低溫期長，夏季長而炎熱。

二、沙漠荒漠氣候區。喀什南部、麥蓋提東部和葉城東北部，年平均氣溫在11℃以上，冬季寒冷，夏季酷熱，冷暖變化劇烈。降水稀少，氣候干燥，年降水量在40毫米以下。風沙多，日照強。

三、山地丘陵氣候區。葉城中部，巴楚和伽師北部，年平均氣溫在11℃以下，冬季較長，夏季短促，年降水量在70毫米以上，夏季溫熱，冬季偏暖。

四、帕米爾高原氣候區。主要是塔什庫爾干塔吉克自治縣。年平均氣溫在5℃以下，冬季漫長寒冷，夏季溫和。降水較少，主要集中在春夏兩季。大風日數多，光照充足，輻射強，天氣晴朗。

五、昆侖山氣候區。主要包括塔什庫爾干塔吉克自治縣南部和葉城縣南部。年平均氣溫在5℃以下，山峰終年積雪，氣候嚴寒，空氣干燥，低壓缺氧，風大雪多，天氣多變。全年可分為冷暖兩季。

喀什