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新疆獨特的地形特徵，造就了新疆的“兩盆”。北部的阿爾泰山、南部的崑崙山系以及橫亙於新疆中部的天山，把新疆分爲南北兩半，南部是塔里木盆地，北部是準噶爾盆地。
塔里木盆地是中國最大的盆地，位於天山山脈與崑崙山系之間，輪廓呈菱形，是全封閉性內陸盆地，屬內陸乾旱盆地，盆地面積有53萬平方公里，盆底面積40萬多平方公里。地勢西高東低，向北微傾，東西長約1500公里，南北最寬處600公里，平均海拔1000米。從外圍向中心可分爲高山帶、山前礫質洪積帶、沖積平原帶及沙漠。東部與甘肅河西走廊相通，爲古絲綢之路的要衝。盆地中的塔克拉瑪干沙漠(面積33萬多平方公里)是中國最大的沙漠，也是世界第二大流動性沙漠。它的邊緣和河谷附近生長着檉柳，有許多可固定小沙包的紅柳，俗稱“紅柳包”，天山、崑崙山發育的許多河流流入沙漠腹地。羅布窪地是塔里木盆地最低窪處，是盆地水系的最後歸宿地，也是積鹽中心。盆地最低海拔780米。北部有衆多風蝕墩與風蝕凹地相間組成的“雅丹”地貌，大致與主風向平行。因其形狀似龍，頂部是鹽結塊，外表呈白色，《漢書·地理志》稱爲“白龍堆”。圍繞盆地邊緣的有巴音郭楞蒙古自治州、阿克蘇地區、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、喀什地區和和田地區。
準噶爾盆地是中國第二大盆地。位於天山山脈與阿爾泰山之間，大致呈三角形。盆地面積約38萬平方公里。西側的準噶爾西部山地由一系列低山丘陵組成，有幾處地勢較低的缺口，溼潤的盛行西風能進入盆地。北部額爾齊斯河是外流河，注入北冰洋。其他河流均散失於盆地內部，所以被稱爲半封閉性內陸盆地。地勢向西傾斜，盆底平均海拔不到500米。盆地中的古爾班通古特沙漠是中國第二大沙漠。自治區首府烏魯木齊市及塔城地區、阿勒泰地區、博爾塔拉蒙古自治州和昌吉回族自治州等位於盆地四周。
除兩大盆地外，新疆還有一些山間盆地，面積在800至4.8萬平方公里之間。(1)外泄性山間盆地。指盆地內形成的河流能流達塔里木、準噶爾盆地或中亞內陸盆地，如天山的尤勒都斯、焉耆、拜城等盆地，崑崙山的布倫口、喀啦米蘭等盆地，河流均能流達塔里木盆地；伊犁盆地的伊犁河則流到中亞內陸盆地。(2)封閉性山間盆地。指盆地內形成的河流，只能消失於盆地內的低窪部位或形成湖泊。如東天山的吐魯番、哈密、巴里坤、伊吾等盆地，崑崙山系的阿克賽欽盆地、阿牙克庫木盆地。
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