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衡陽位于湖南省中南部，湘江中游。地處東經110°32’16”-113°16’32”,北緯26°07’05”-27°27’24”。東鄰株洲、攸縣、安仁；南界永興、桂陽；西接冷水灘、祁陽、東安、邵陽、邵東；北靠雙峰、湘潭。南北長150公里、東西寬173公里。衡陽市總面積15310平方公里。合153.10萬公頃，按地形分，山地占總面積的21%，丘陵占27%，崗地占27%，平原占21%，水面占4%，總面積占全省土地面積7.23%，在全省各市、州中，幅員位居第7位。
衡陽市處于湖南省凹形面的軸帶部分。周圍環繞著古老宕層形成斷續環帶的嶺脊山地，內鑲大面積白堊系和下第三系紅層的紅色丘陵臺地，構成典型的盆地形勢。衡陽盆地南高北低。整個盆地南面地勢較高，1000米以上的山中東西連綿數十公里，而盆地北面相對偏低，衡山山脈雖較高，但各峰呈峰林狀屹立于中間，其東西兩側都有較低的向北通道，其東側的湘江河谷兩岸海拔高度均在100米以下。整個地形由西南向東北復合傾斜，而盆地由四周向中部降低，呈現1000米，800-700米、400-300米、150米四級夷為平面。地貌類型以崗丘為主。四周山、丘圍繞，中部平、崗丘交錯。東部為羅霄山余脈天光山、四方山、園明坳；南部為南嶺余脈塔山、大義山、天門仙、景峰坳；西部為越城嶺的延伸熊羆嶺、四明山、騰云嶺；西北部、北部為大云山、九峰山和南岳衡山。中部大面積分布白堊系和第三系紅層，構成衡陽盆地的主體，面積3550平方公里。南部山峰大多在海拔600米以上，最高是常寧的天堂山，海拔1265米。西部山峰多在海拔500米以上，最高是祁東縣的騰云嶺，海拔1044米。東北部除南岳衡山外，一般地面高程在海拔300米-500米。市境最高點為衡山祝融峰，海拔1290米，最低點為衡東的彭陂港，海拔只有39.2米。整個地形比降為7.9‰。地貌類型以崗丘為主，山地占總面積的21%，丘陵占27%，崗地占27%平原占21%，水面占4%。境內有河長5公里或流域面積10平方公里以上的江河溪流393條，總境長達8355公里，河網密度為每平方公里0.55公里。發源于廣西興安的湘江干流，自祁東歸陽鎮入境，依次流經祁東縣、衡南縣、常寧市、市區、衡陽縣、衡山縣和衡東縣，境內長226公里。境內流域面積在3000平方公里以上的湘江一級支流有舂陵水，蒸水，耒水、洣水。水電資源理論蘊藏量87.61萬千瓦，可供開發量64.17萬千瓦。
全年氣候的基本特點:上半年氣溫延續近10年來一直偏高的特點，主要原因是冬季偏暖，而春季氣溫也一再偏高。上半年氣溫基本趨勢：冬暖且春溫高。這種氣溫特征對冬作物越冬和春作物播種十分有利，同時對人類及各種生物的生活規律產生一定影響，對環境有極大影響，例如:候鳥提前北歸、作物過早發芽等。入春后降水較集中，給春收和春插帶來一定影響。下半年氣候基本趨勢：夏秋季節雨水充沛，比較涼爽，雨季結束不明顯，與上半年的暖冬事件有較好的相關性，是厄爾尼諾現象導致氣候異常變化的重要表現。
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