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T市地质构造复杂，大部分被新生代沉积物覆盖。地势以平原和洼地为主，北部有低山丘陵，海拔由北向南逐渐下降。北部最高，海拔1052米；东南部最低，海拔3.5米。全市最高峰：九山顶（海拔1078.5米）。地貌总轮廓为西北高而东南低。T市有山地、丘陵和平原三种地形，平原约占93%。除北部与燕山南侧接壤之处多为山地外，其余均属冲积平原，蓟县北部山地为海拔千米以下的低山丘陵。靠近山地是由洪积冲积扇组成的倾斜平原，呈扇状分布。倾斜平原往南是冲积平原，东南是滨海平原。T市地处北温带位于中纬度亚欧大陆东岸，主要受季风环流的支配，是东亚季风盛行的地区，属暖温带半湿润季风性气候。临近渤海湾，海洋气候对天津的影响比较明显。主要气候特征是，四季分明，春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季气爽，冷暖适中；冬季寒冷，干燥少雪，因此，春末夏初和秋天是到天津旅游的最佳季节。冬半年多西北风，气温较低，降水也少；夏半年太平洋副热带暖高压加强，以偏南风为主，气温高，降水也多。有时会有春旱。天津的年平均气温约为14℃，7月最热，月平均温度28℃；历史最高温度是41.6℃。1月最冷，月平均温度-2℃。历史最低温度是-17.8℃。年平均降水量在360－970毫米之间，（1949－2010）平均值是600毫米上下。天津地跨海河两岸，而海河是华北最大的河流，上游长度在10公里以上的支流有300多条，在中游附近汇合于北运河、永定河、大清河、子牙河和南运河，五河又在天津金钢桥附近的三岔口汇合成海河干流，由大沽口入海。干流全长72公里，平均河宽100米，水深3－5米，历史上河通航3000吨海轮。
流经T市的一级河道有19条，总长度为1095.1公里。还有子牙新河、独流减河、马厂减河、永定新河、潮白新河、还乡新河6条人工河道，总长度为284.1公里。二级河道有79条，总长度为1363.4公里，深渠1061条，总长度为4578公里。天津还多次引黄济津，并有一定数量的地下水。
引滦入津输水工程是天津80年代兴修的大型水利工程，把水引到T市，每年向天津输水10亿立方米。天津地下水蕴藏量丰富，山区多岩溶裂隙水，水质最好，矿化度低，泉水流量一般在7.2－14.6吨/小时，雨季最大可达720－800吨/小时。全市有大型水库3座，总库容量3.4亿。天津市已探明的金属矿、非金属矿和燃料矿有20多种。金属矿和非金属矿主要分布在天津北部山区。金属矿主要有锰硼石、锰、金、钨、钼、铜、锌、铁等，其中锰、硼不仅为国内首次发现，也为世界所罕见。非金属矿主要有水泥石灰岩、重晶石、迭层石、大理石、天然油石、紫砂陶土、麦饭石等，都具有较高的开采价值。
水泥灰岩是T市非金属矿产中的优势矿种，已探明工业储量的矿产地有5个，矿体赋存于中元古界蓟县系铁岭组石灰岩层中，含CaO48%～50.7%。已探明工业储量的5个矿产地是东营房、转山、铁岭、老虎顶和渔山，探明储量1.8亿吨。水泥灰岩矿产已成为天津市水泥工业生产的重要资源。
T市蓟县紫砂陶土矿赋存于中上元古界二个层位，即串岭沟组和洪水庄组的伊利石页岩。其中串岭沟组伊利页岩分布在下营镇至小港乡一线，全长12公里，宽2公里，出露面积24平方公里，露天储量可达7亿吨。二个层位的伊利石岩是一个大型黏土矿床，是紫砂陶器的优质矿物原料。植被大致可分为，针叶林、针阔叶混交林、落叶阔叶林、灌草丛、草甸、盐生植被、沼泽植被、水生植被、沙生植被、人工林、农田种植植物等11种。