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台湾はユーラシアプレートとフィリピン海プレートが接する場所にあり、100万年にわたる絶え間ない造山運動や地層の圧縮により数々の高山々が形成されました。雪山山脈は中央山脈の西に位置し、北東—南西に広がっています。雪山山脈は180km以上連なっていますが、大漢渓、大安渓、大甲渓の浸食により、その地域は北部の阿玉山階段山地、中部の雪山地塁、南部の埔里陷落地帯に分かれています。雪覇国家公園は雪山山脈の最も重要な部分である「雪山地塁」にあります。地塁内には北から南にかけて大霸尖山、武陵四秀（品田山、池有山、桃山、喀拉業山）、雪山、志佳陽大山、大剣山、頭鷹山、大雪山など、3,000m以上の高山が51座あり、19座が台湾百岳に選出されています。その中で最も代表的なのが雪山と大霸尖山です。

大霸尖山は標高3,492mで、台湾の古書では「熬酒桶山」と記載されています。その特殊な形と壮大な姿から雪山地塁の北側で最も目立つ山となっており、「世紀の奇峰」と評されています。ここには、タイヤル族とサイシャット族の祖先が誕生した霊峰であるとの言い伝えがあります。わずか700mの距離にある小霸尖山と合わせると両耳のような形になるため、タイヤル族の人々は「双耳嶽」と呼んでいます。

雪山は標高3,886mで雪山山脈の最高峰であり、台湾で2番目に高い山です。なお、「雪山」という名前はタイヤル族の人々が呼んでいた「Sekoan」を音訳した「雪高翁山」に由来しており、後に「雪翁山」または「雪山」に略されました。タイヤル族がつけた名前は、南側の岩壁が垂直に崩れ落ち、縦方向の裂け目ができた特殊な「岩壁の裂け目」の地形を意味しています。

雪山の周りで最も目立ち、最も話題になる地理的景観が大崩壁（切り立った崖）です。雪山主峰北東の下には長楕円形の窪地が北東に広がっており、日本の地理学者は圏谷（カール）であると考えています。

雪山地塁は雪山を中心に放射状に分岐しており、稜脈は大きく主稜（大雪山稜脈）、南支稜（雪剣稜脈）、北稜（雪霸稜脈）、北東稜（桃山稜脈）、南東支稜（志佳陽大山稜脈）、東支稜（雪山東峰稜脈）の6つに分かれています。その中で布秀蘭山の近くにある北稜から東に分岐する稜脈は、品田山、池有山、桃山、喀拉業山から蘭陽渓にまたがる有名な「武陵四秀」です。また、雪山から大霸尖山の南北に10km以上伸びる尾根は雪山で最も高い稜脈となっており、登山家、探検家、原住民の文化活動において常に崇められてきました。大霸尖山に初登頂した沼井鐵太郎が賞賛の念を禁じえず、「聖なる稜線、大霸尖山ー次高山の真正のトラヴァース（縦走）、果たして何人がその栄誉を荷ひ、その真美を語り得るだらうか」と書き記したことから、1928年以降、この区間の尾根は「聖稜線」と呼ばれるようになりました。

雪山山脈は主に始新世から中新世のスレートとメタ砂岩の地層で構成されており、始新世から中新世における軽度の変成岩が地層に露出しています。南東から北西につれてて変成の程度が徐々に低くなっているため、雪覇国家公園の岩石は主にメタ砂岩、硬質頁岩、スレートとなっています。

更新世からの造山運動で南東からのフィリピン海プレートが台湾東部でユーラシアプレートとぶつかり合った影響で、褶曲と高角逆断層が最もよく見られる地質構造となっており、中でも武陵四秀の品田山では褶曲作用による地質景観が最も顕著です。雪山の東峰からは、品田山の鋭く曲がった箱型褶曲（box fold）と、北東から南西へ傾斜、滑動する地層がはっきりと見られます。

大霸尖山とその南西にある小霸尖山（標高3,418m）は、標高約3,300mの水平な岩盤の上に並んでいます。この酒樽のように見える大霸尖山と小霸尖山はどのように形成されたのでしょうか？もともとは地質構造と地形の相互作用によって形成されました。大霸尖山と小霸尖山の下にある地層は砂岩とスレートの互層で形成されていますが、山頂は砂岩と頁岩の互層で形成されています。一般的に傾斜が緩やかで厚い互層の堆積岩の地域では、その地形の特徴として階状の斜面が見られることが多く、砂岩は耐食性が比較的高いため、平らな山頂と断崖の地形が残されています。砂岩層の下の頁岩は耐食性が比較的低いため、斜面も緩やかになります。大霸尖山と小霸尖山の地形の岩相のほか、節理の影響も受けて形成されています。やや水平の砂岩層には節理が非常に多く見られ、地表水が節理に沿って浸み込みやすいため、一旦凍結するとその凍結膨張により生まれる張力で岩石の崩壊が加速します。このようなくさび作用は、通常地表から上に向かって徐々に発達し、長い時を経て上が細く下が太い地塁が形成されます。

雪覇国家公園における河川の主な分水界は大霸尖山の南から大雪山の尾根と布秀蘭山から東に伸びる支脈（武陵四秀）であり、河川はこの「人」の字の形をした稜線と北西の山脈により4つの流域に分類されています。北東は淡水河源流の集水域、南東は大甲渓流域、西は大安渓流域、北西の隅の榛山と楽山の北側は、頭前渓支流の坪渓集水域に属しています。「森は水の故郷」であり、広々と生い茂る森の涵養によって台湾東部、北部、中部地域の飲用水の水源となっているため、高山の集水域における水源の涵養、水と土壌の保全が非常に重要となっています。

淡水河の源流である塔克金渓（泰崗渓）と薩克亜金渓（白石渓）は大霸尖山一帯に源を発しており、ほとんどは峡谷の地形であまり蛇行しておらず、典型的な上流の河谷となっています。

大甲渓は全長120km以上で、敷地内には七家湾渓、司界蘭渓、志楽渓、匹亜桑渓などの支流が順に流れ込み、台湾最大の渓谷が形成されています。河流の作用が盛んなため、山に囲まれた曲流、環流丘陵、佳陽の扇状地、河岸段丘、なだらかな肩状の山稜など豊かな地形や風景を見ることができます。

大安渓流域は雪霸国家公園の面積のほぼ半分を占めています。源流の馬達拉渓が蛇行して南西に下り、雪山渓、大雪渓、北坑渓に流れ込んで大安渓になり、その後、無名渓、南坑渓と合流して国立公園の敷地を離れます。中でも馬達拉渓は、タイヤル族による原名が「褐色の濁った水」を意味しており、川の中で赤褐色に染まった礫石を見て驚くことでしょう。

観霧地区の観霧瀑布、榛山瀑布、大鹿林道の東線瀑布と武陵地区の桃山瀑布（別名：煙声瀑布）には魅力的な水文学が見て取れます。中でも桃山の山腹にある桃山瀑布は落差約50mで、階状の岩壁に沿って2段階に流れ落ちるのが最大の特徴です。

台湾の高山には湖があまりありませんが、敷地内の雪山と翠池山の鞍部の近くには標高が最も高く、人々が誇りとしている「翠池（標高3,530m）」があります。その他、翠池の北西約700mの下翠池、志佳陽大山の南東の斜面の瓢箪池（別名：乳羊池）、武陵四秀の新達池、品田池などがあります。

広大な敷地面積を持つ雪霸国家公園の気候は、暖温帯、冷温帯、亜寒帯に及んでいます。気象分区においては、敷地内の北西の山岳地帯と中部西側の山岳地帯を2つの気候帯に分けることができます。北西の山岳地帯に属する大安渓流域、大漢渓上流を含む雪山の主尾根の北に位置するエリアは、主に南西モンスーンと台風による豪雨の影響を受け、年間降水量は約2,500mm以下となっています。雪山の主尾根の南、思源唖口の西に位置し、中部西側の山岳地帯に属する大甲渓流域の年間降水量は地形により大きく異なります。雪霸国家公園全体の年間降水量は平均約1,500mm～3,000mmで、5月～10月に降水量が多くなります。

雪霸国家公園の気候は山岳地帯の地形、稜脈の分布、渓谷の水蒸気の影響を受けやすく、四季の気候の変化が非常にはっきりとしています。春雨が降る初春や梅雨の時期になると、山岳地帯は霧雨が降ったり一日中霧で覆われたりします。夏は台風や対流性の驟雨が襲います。秋は高気圧に覆われて清々しくなりますが、大陸から冷たい気団が南下してくると気温が急激に下がり、早朝は霜で覆われ、時々雪が降ることもあります。極寒の冬は積雪により通行が困難になり、凍結や雪のために閉山されることも多いです。

山岳地帯の天気は日変化も大きく、夏に午前は晴れ渡っていても、午後になると雲や霧に覆われることが多く、降水確率は50％以上になります。夜は急激に冷え込み、特に3,000m以上のエリアでは気温が0℃前後になり、最も暖かい7月でも零下3.2℃の記録があります。