乌兰县深居内陆腹地，气候受高压西风控制和蒙古一西伯利亚反气旋影响，气候极为干燥，表现出典型干旱大陆性气候特征，终年偏西风强劲，仅东部地区可受东南季风的影响，气候稍湿润。年平均气温3.5℃，最高月均温（七月）14.4℃，年较差26.9～28.2℃，最低月均温（一月）－12.4℃，极端最高气温34℃，极端最低气温－27.7℃。无霜期90～97天，最大冻土深度166厘米。≥0℃年积温在1909.1～2249.0℃，≥10℃积温1480.9～1543.9℃，80%保证率的积温在1796.4～2000.4℃，是省内仅次于河湟谷地的第二个暖区。气温年较差和日较差都大，分别为16.4℃和27.2℃。县城平均海拔2960米，年平均气压在650mm以上，含氧量为海平面的2/3左右。
全年日照总辐射656.96～696.33千焦耳/平方厘米，全年日照时数长达2869～3113小时，全年日照百分率65～70%，平均每天日照8.4～8.8小时，是青海省太阳辐射富集地区之一。
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