木祖村は長野県の西南端、木曽郡の東北部に位置し、2000m級の山々に囲まれた渓谷型の山村である。
本村の東側にある鳥居峠は、太平洋に注ぐ木曽川と日本海に注ぐ信濃川との分水嶺となっている。木曽川は村の中央部を北から南に貫流し、そこへ大小の河川が合流している。それらの河川沿いである標高900m~1,100mの地域に集落及び耕地が散在している。
地質は秩父古生層に属し、粘版石板岩、角岩及び花崗岩からなっており、緩傾斜地帯には火山灰土が堆積する地質となっている。
気候は中央高地特有で、過去に記録している最高気温35度、最低気温は氷点下23.4度で年間平均気温は8.1度、年間平均降水量は2,180mmとなっている。夏の気温は30度近くまで上昇するものの湿気が少なく、また、冬は比較的積雪量が少なく厳しい冷え込みとなる。
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