该区地处北纬34°14′~37°04′,东经105°9′~106°58′,总面积1.61×104km2,占全区总面积的31.0%,涉及原州区、西吉县、隆德县、彭阳县、泾源县、海原县、同心县南部及盐池县麻黄山等地区,是我国黄土高原的组成部分,北接宁中台地、山间盆地区,东、西、南与甘肃为邻。主要地貌类型为黄土丘陵和丘陵间洼地、谷地,平均海拔1600~2000m。六盘山以北的地区,由于降水少,流水对地表切割作用较小,除少数突出于黄土瀚海之上,状如孤岛的山峰之外,还有低丘浅谷,相对高度在150m左右。六盘山主峰以南流水切割作用显著,地势起伏较大,山高沟深。自中更新世以来,这些地区接受了大量黄土的堆积,黄土厚度数十米至百余米,厚者可达300m。
本区气候属于温带大陆性季风气候,四季分明,冬春干旱少雨,夏秋湿热多雨,年均气温5.3℃~7.3℃,年降水量300~500mm,≥10℃积温2500℃左右,降水年际变率大,降水量年内分配不均,雨季集中在7~9月,占年降水量的70%以上,降雨多以洪水的形式流走,降水的利用率不足40%。
农业气象灾害主要有干旱、霜冻、冰雹、干热风、暴雨。干旱是危害最重、范围最广、发生频率最高的灾害,平均每年受灾面积5.13×104hm2。冰雹仅次于干旱,且每年都有发生,平均每年受灾面积1.87×104hm2,降雹时间3~9月都会出现,4~8月为多发时段。秋霜冻对本区晚秋粮食作物的收成影响很大。例如,1972年9月4日出现的霜冻,由于发生时间早,致使当年秋作物大幅减产,荞麦甚至颗粒无收。干热风是影响小麦收成的主要气象灾害之一,出现的时间每年大都在6月上旬至7月下旬,危害最严重的是6月下旬至7月中旬,此时段正值灌浆乳熟期。暴雨集中在7~9月,不仅给当地人民生命财产带来严重威胁,而且会造成严重的水土流失,致使冲沟延伸,塬面破坏,地形支离破碎。