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温泉县位于新疆维吾尔自治区西北部,地理位置位于北纬44°47′00″-44°48′30″,东经80°49′30″-80°53′30″,博尔塔拉河上游河谷地带,天山西段北麓、准噶尔盆地西缘。东邻博乐市,南隔别珍套山与霍城县相傍,西部和北部分别以空郭罗鄂博山和阿拉套山西段为界与哈萨克斯坦毗邻。县城博尔塔拉镇距乌鲁木齐市公路里程625千米,距阿拉山口口岸和霍尔果斯口岸均170公里。温泉县是全国唯一以地热资源“温泉”命名的县,是国家重点生态功能区、全国生态文明示范工程试点县、国家级全域旅游示范区,也是西迁戍边察哈尔蒙古人的故乡、蒙古族短调民歌之乡,博尔塔拉河的源头,博州重要的生态屏障和水源涵养区。全县总面积5885平方千米。辖3镇、3乡、2场,62个农牧村(队)、7个社区,驻有兵团第五师87、88团。由汉族、维吾尔族、哈萨克族、蒙古族、回族等24个民族组成。

温泉县属北天山槽褶带的一部分、博尔塔拉断凹西部,县内南、西、北三面环山,地势西高东低,南北两侧向中间倾斜。中间是谷地平原,且谷地平原自西向东逐渐开阔。县境东西长147.9公里,南北宽70.7公里,县城海拔1359米。有耕地64.72万亩,草地85.48万亩,草地567.26万亩。气属大陆性中温带半干旱气候,年平均气温4.4摄氏度,无霜期141-166天,年均降水量270.8毫米,年平均相对湿度63%,年平均日照时数为2675.6小时。地表水9.25亿立方米,地下水4.7亿立方米。生态环境良好,生活着距今3.5亿年具有“活化石”之称的新疆北鲵。旅游资源丰富,境内湿地、河谷、草原、森林、冰川等地貌,有A级景区17个。
