世界上最大的封闭性内陆海。位于欧洲和亚洲之间，东、南、西三面的大部分分别被卡拉库姆沙漠、厄尔布尔士山脉和大高加索山脉所环绕，北面有伏尔加河和乌拉尔河注入。南北长约1200公里，东西平均宽为 320公里。海岸线全长约7000公里，现在总面积约为39.4万平方公里。平均深度为180米，最大水深为1025米。
里海是古地中海的一部分，曾和黑海、大西洋相通。直到中新世晚期，才逐渐变成一个封闭性的水域。至今，南里海仍保留着大洋底层水的特性。因此，海洋学家认为，里海虽四面环陆，但仍可算作海。
地质地形 整个海区可分为北、中、南三部分，其间被许多岛屿和浅滩隔开。北里海，岸坡平缓，水深很浅，仅4～8米，最深也只25米；海底为波痕状沉积平原，水量只占总水量的 1％。中里海，依大高加索山脉的岸线多陡坡，东岸频临曼格什拉克高原，较为险峻。底部，东为陆架，西为杰尔宾特海盆，深达 790米；水量约占里海的三分之一。南里海,海岸低平，东西陆架较宽,往西为洼地，是里海最深的地方，水量较大，约占全里海的三分之二。海底沉积物，北里海多含贝壳的砂；中里海洼地多泥和砂质泥，东西两岸近海则多贝壳、砾石砂和粘泥;南里海深水区为泥和含有薄层硫化铁的粘泥,东西两岸边缘区为砂、灰质泥、贝壳和砾石。
气候 海区纵跨几个不同的气候区。北里海虽属大陆性气候，但变化不剧烈；中里海西部气候温和，而东部则为干燥的沙漠气候；南里海属夏季干燥的亚热带气候。冬季里海的天气不稳定，气温变化较大。平均气温，北部为-8～-10°C，南部为8～10°C。风向多变，而以东和东北风占优势。风力为5.5～10.7米/秒，中部有时可达20.8～28.4米/秒。夏季,海上受高压控制，常有微弱海风向陆吹，天气十分稳定。气温变化不大，最热月平均温度为28～29°C，极端最高气温可达44°C。平均年降水量为200～1700毫米，分布不均,东海岸少，西南海岸多。年蒸发量一般为1000毫米，南里海的东部和阿普舍伦半岛达1400毫米。
水文特征 海流主要为气旋性环流，各个海域又可形成若干局部性环流。北里海，伏尔加河径流入海后分成两支：主要的一支沿西岸向南流；另一支沿北岸向东流，在东北部形成一个小型的反气旋型环流。流速随风而异，一般为10～15厘米/秒,有强劲偏北风时，西部流速达30～40厘米/秒，最大可达 100厘米/秒。中里海被一个大型的气旋型环流所控制。南里海的西北和东南部，各有一个气旋型环流。因而，使里海西部形成一支自北向南的沿岸流，平均流速为25～35厘米/秒,而东部则出现自南向北的沿岸流。平均流速约为10～15厘米/秒。
水温分布随季节和地区而不同。冬季，表层水温南北差异较大，2月北里海仅0.1～0.5°C，南里海可达8～10°C。夏季，温差较小，一般为24～27°C。水温的垂直分布也随季节而变化。冬季，北里海和中里海，水温几无变化,南里海在50～100米深处有温跃层。夏季，中部的30～50米深处和南部海区，上下层温差较大。
里海共有130条入海河流，每年入海径流量为300立方公里以上。其中伏尔加河入海径流量为 256立方公里，占里海总径流量的85％。入海经流量有较大的季节变化和年际变化，直接影响着盐度和水位的变化。海水中氯化物的含量较低，而硫酸盐和碳酸盐的含量较高。海水的盐度约比大洋水的标准盐度低三分之二。中部和南部，一般为12.0～13.0，伏尔加河三角洲以外,盐度仅0.2。盐度的季节变幅常在 0.17～0.21之间。12月至翌年4月，北里海常有结冰现象，冰厚一般为0.5～0.6米，最厚为1米。在强劲北风作用下,流冰可向南漂移到阿普舍伦半岛附近。
水位的长周期和超长周期的显著变化是里海最引人瞩目的现象。 研究证实， 里海19世纪初期的水位要比4000～6000年前的水位低22米。7～11世纪间,出现较低水位。1930～1957年间，由于伏尔加河上建水库，工农业过量用水，气候干燥等影响，致使水位又下降。自20世纪70年代初以来,里海水位保持在-28.5米左右。水位季节变化大，春夏高而冬季低，年变幅可达33厘米。里海的风增减水十分显著，伏尔加河三角洲海域，有时风减水达4～5米，风增水也可达2米。
生物和资源 动植物群种类多。植物 500多种。动物 850种，其中15种是典型的北冰洋型和地中海型动物。此外，还有大西洋中层暖水型的动物。常见的鱼类有鲟鱼、鲱鱼、河鲈、西鲱等。因水位下降和盐度变化，影响生物生长，致使捕鱼量大幅度减少。
油气资源丰富。海底石油的开采，主要集中于苏联阿塞拜疆近海。在卡腊—博加兹—哥耳开采的硫酸钠，也有相当重要的经济意义。但是，矿产资源的开发，对里海渔业的发展带来不利影响。
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