Die Auswirkungen der Topographie auf das Klima einer bestimmten Region sind mächtig. Gebirgszüge schaffen Barrieren, die Wind- und Niederschlagsmuster verändern. Topografische Merkmale wie enge Canyons kanalisieren und verstärken Winde. Berge und Hochebenen sind den kühleren Temperaturen höherer Lagen ausgesetzt. Die Ausrichtung der Berge zur Sonne schafft ausgeprägte Mikroklimas in Gebieten wie den Alpen, wo ganze Dörfer die meiste Zeit des Winters im Schatten liegen.
Topografie beeinflusst Regen und Schneefall
Berge spielen eine wichtige Rolle bei Niederschlagsmustern. Topografische Barrieren wie Berge und Hügel zwingen die vorherrschenden Winde auf und über ihre Hänge. Wenn die Luft aufsteigt, kühlt sie sich auch ab. Kühlere Luft kann weniger Wasserdampf aufnehmen als wärmere Luft. Wenn die Luft abkühlt, wird dieser Wasserdampf gezwungen, zu kondensieren und Regen oder Schnee an den Luvhängen abzusetzen. Berge im Westen der Vereinigten Staaten, wie die Sierra Nevadas, fangen an ihren Westflanken Feuchtigkeit vom Pazifischen Ozean ein, wo sie sonst ungehindert hätte passieren können. Dadurch entsteht ein sogenannter Regenschatten auf ihren leeseitigen (geschützten) Seiten, wo die Luft sehr wenig Feuchtigkeit enthält. Die meisten der großen Wüsten der mittleren Breiten der Welt befinden sich in Regenschatten.
Topographie erzeugt unverwechselbare regionale Winde
Bergbarrieren erzeugen und leiten auch regionale Winde, ein wichtiges Element des Klimas. Wenn der Wind die leeseitigen Hänge hinabsteigt, komprimiert sich die Luft, wird dichter und wärmer. Starke Winde können die Folge sein, wie zum Beispiel die starken und für die Jahreszeit ungewöhnlich warmen Chinook-Winde, die die Ostseite der Rocky Mountains hinunterfließen. In arktischen Regionen wird extrem dichte trockene Luft durch die Schwerkraft von den Rändern der Eisschilde abgezogen. Diese kräftigen rauschenden Winde werden als katabatische oder Schwerkraftwinde bezeichnet. Bergpässe wirken auch als natürliche Trichter und erhöhen die Windgeschwindigkeiten. In Kalifornien werden die Winde von Santa Ana, die von den Wüsten wehen, durch diese Brüche verstärkt. Wind bläst stärker, wenn er topographisch durch eine enge Öffnung gezwungen wird, und an diesen Standorten befinden sich viele Windparks.
Höhere Höhen und kühlere Temperaturen
Land in höheren Lagen wie Bergen oder Hochebenen ist aufgrund eines Phänomens, das als Umweltfehlerrate bekannt ist, von Natur aus kühler. Erstmals vom Entdecker und Naturforscher Alexander von Humboldt beobachtet, kühlt sich die Luft pro 300 Meter Höhenunterschied auf 3,5 Grad Fahrenheit ab. Dies entspricht einer Reise von Hunderten von Meilen nach Norden und schafft ein komplexes Hochlandklima mit großer Vielfalt. Im Südwesten Amerikas liegen Wüsten am Fuße der Berge, die aufgrund der Höhenlage mit großen Ponderosa-Kiefernwäldern gekrönt sind.
Orientierung von Topographie und Mikroklima
Die Ausrichtung von Hängen in Bezug auf die Sonne hat einen tiefgreifenden Einfluss auf das Klima. Auf der Nordhalbkugel sind Südhänge sonniger und unterstützen ganz andere ökologische Gemeinschaften als Nordhänge. Die Südseite eines Berges kann Wochen oder sogar Monate vor der Nordseite Frühlingsbedingungen erfahren. Wo ganzjährig Schnee oder Gletscher vorhanden sind, werden sie durch den Schatten der Nord- und Westhänge genährt. In Bergregionen wie den Alpen in Europa können im Winter ganze Dörfer monatelang im Schatten liegen, um im Frühjahr wieder aufzutauchen. In solchen Gemeinden ist es üblich, einen Feiertag zu feiern, um das Wiedererscheinen der Sonne zu feiern.