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Paisagem de Dois Irmãos, com morros em seu entorno, 2008.

Relevo

A maior parte da RMPA situa-se abaixo de 100 metros, caracterizando-se por uma extensa planície. Unidades elevadas são encontradas na porção sul da região (extensões do Escudo Rio-Grandense em Guaíba, Viamão e zona Sul de Porto Alegre, caracterizados por morros arredondados e de estrutura granítica), morros testemunhos em Sapucaia do Sul (Morro Sapucaia) e Gravataí (Morro Itacolomi) e as elevações da encosta do Planalto Meridional, na região de Ivoti, Dois Irmãos e Sapiranga (destaques para o Morro Dois Irmãos e o Morro Ferrabraz).
Estas planícies estão circundadas ao norte da região pela borda do Planalto, de estrutura basáltica.

O complexo de morros da zona sul de Porto Alegre caracteriza-se pela estrutura granítica. Apresenta uma espécie de pequena serra, com altitudes médias de 200 metros. O Morro Santana, localizado na zona leste da Capital, possui topo arredondado, e alcança 311 metros, sendo o ponto mais elevado do município.

Canoas é uma cidade plana, com pequenas ondulações, assim como Esteio, Cachoeirinha e Eldorado do Sul, Triunfo e Glorinha. Já Novo Hamburgo apresenta um distrito um pouco mais elevado, a Lomba Grande. Gravataí (Morungava e Itacolomi) e Montenegro (Morro São João) são outros destaques no que diz respeito a pontos mais elevados. São Leopoldo, Campo Bom, Santo Antônio da Patrulha e Guaíba também apresentam alguma elevações. A região Carbonífera (São Jerônimo - Cerro Quitéria, extremo sul do Município e da RMPA) e Arroio dos Ratos) possui elevações significativas. Já em Charqueadas, o relevo é plano, com leves ondulações.

Ambiente

Porto Alegre possui diversos parques (como o Farroupilha, Moinhos de Vento e Marinha do Brasil, entre outros), mais de 600 praças e unidades de conservação como a Reserva Biológica José Lutzemberger, localizada no Lami, extremo sul do município, a única do Brasil localizada em uma zona urbana. Possui diversos exemplares de flora e fauna, entre eles a endêmica ephedra.

Canoas apresenta o parque do Capão do Corvo. Outras áreas de preservação de animais em cativeiro são o Pampas Safári, em Gravataí, e Zoo de Sapucaia do Sul: com mais de 1 800 animais, é um dos dez maiores parques zoológicos em área do mundo.

O Parque Estadual de Itapuã, em Viamão é outra das mais importantes áreas de conservação da RMPA e do Estado. Com uma miscelânea de paisagem de vegetação, como Mata Atlântica, exemplares típicos da Caatinga, como o cactus, e vegetação litorânea (inclusive com a presença de dunas), o Parque Estadual de Itapuã apresenta uma importante biodiversidade e uma riquíssima flora e fauna. Está localizado a cerca de 50 km do centro do Porto Alegre.

Hidrografia

A RMPA conta com alguns dos mais importantes rios e sistemas hidrográficos do Estado, a saber:

a) Rio Caí: nasce na região de São Francisco de Paula, escavando vales pela região de Nova Petrópolis, até cortar municípios de Feliz, Bom Princípio, São Sebastião do Caí e Montenegro (que possui um pequeno porto, por onde desembaracaram diversos imigrantes alemães no século XIX). Desemboca junto às ilhas do Delta do Jacuí. A extensão é de 285 km.

b) Rio dos Sinos: suas nascente estão localizadas nos de Caraá, região de Osório. Corta os municípios de Taquara e Campo Bom, formando uma depressão com uma pequena cadeia de morros localizada em Gravataí. Atravessa as cidades de Novo Hamburgo, São Leopoldo, Sapucaia do Sul e Esteio, sofrendo os efeitos da poluição e da industrialização intensa. Faz a divisa entre Canoas e Nova Santa Rita, até desembocar junto a Porto Alegre e à Ilha das Garças (município de Canoas). Extensão: 190 km.

c) Rio Gravataí: rio característico por um percurso totalmente cortado em planícies, tendo suas nascentes em banhados da região de Glorinha e Santo Antônio da Patrulha. É um dos rios que mais sofrem com a poluição no Estado. Corta os municípios de Viamão, Cachoeirinha, Gravataí, Alvorada, Canoas e Porto Alegre, desembocando no Lago Guaíba. Sua extensão é de 34 km. Localiza-se entre a Serra Geral e a Coxilha das Lombas, em Santo Antônio da Patrulha.

d) Lago Guaíba: formado pelo Delta do Jacuí (ilhas formadas a partir do depósito de sedimentos oriundos do Planalto Meridional), forma o único delta interior da América do Sul (ou seja, que não desemboca no mar). Possui 496 km² de superfície, comprimento de 50 km e largura entre 900 metros e 20 km. Banha os municípios de Porto Alegre, Viamão, Guaíba, Eldorado do Sul e Barra do Ribeiro. As águas, oriundas do Jacuí e dos rios formadores (como o Sinos, Caí e Gravataí), correm em direção à Laguna dos Patos e, depois, em direção à Barra do Rio Grande e ao Oceano Atlântico. Foi a via de acesso da colonização dos imigrantes de diversas etnias, nos séculos XVIII e XIX.
e) outros rios e cursos d'água: Arroio Dilúvio (aproximadamente 12 km), cortando parte da zona sul de Porto Alegre, nascendo na Lomba do Sabão, em Viamão, e desembocando no lago Guaíba, junto ao Parque Marinha do Brasil; Lagoa Negra (1.750 hectares), localizada no Parque Estadual de Itapuã (Viamão): é refúgio de aves migratórias e sua visitação é proibida.

A Bacia Hidrográfica do Guaíba, onde se localizam todos os rios anteriormente citados, engloba 30% do território gaúcho (área de 85.950 km²), concentra dois terços da produção industrial e 70% da população total do Estado.

Clima

O clima geral dos municípios da RMPA é subtropical úmido, com as quatro estações do ano bem definidas, verões e invernos bem rigorosos (no verão, as temperaturas podem chegar próximas dos 40ºC, e no inverno, as médias são de 9ºC.