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黄石公园的气候在很大程度上受到其海拔高度的影响，其中海拔较低的地区一年四季都很温暖，最高温度纪录爲2002年时达到过37 °C，而最低温度纪录则是1933年的-54 °C。 这里的夏季是6至9月，其日间最高温度通常爲21 °C至27 °C之间，但夜间最低温度则有可能会在0 °C左右，特别是在海拔比较高的地方，此外午后还经常会出现雷暴天气。春秋两季白天的温度范围在-1 °C至16 °C，而寒冷的夜晚则有可能降至−5 °C至−20 °C。冬天的黄石公园非常寒冷，整个季节的日间气温通常在−20 °C至−5 °C之间，夜间则将低至−20 °C以下。
黄石公园的降水非常复杂多变，降水量从猛犸温泉附近的每年380毫米到公园西南部的2，000毫米。这里的降水很大程度上是受到西部蛇河平原的湿润气流影响，而这反过来也正是由黄石本身形成的。这里一年中每个月都可能会下雪，每年在黄石湖周围平均会有3，800毫米的降雪量，海拔较高的地区更可达到这一数值的两倍。
黄石公园内很少会有龙卷风，不过1987年7月21日，怀俄明州有纪录以来最强烈的一场龙卷风通过布里杰–提顿国家森林的提顿荒野袭击了黄石国家公园，史称提顿–黄石龙卷风，这场龙卷风爲F4级，风速达每小时333至420千米，所过之地留下了一条长39千米，宽1.6到3.2千米的毁灭之路，并将6，100公顷的成熟松林夷爲平地。
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黄石湖，海拔2399米气候平均数据 |
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月份 |
1月 |
2月 |
3月 |
4月 |
5月 |
6月 |
7月 |
8月 |
9月 |
10月 |
11月 |
12月 |
全年 |
|
历史最高温 ℉（℃） |
46 |
56 |
61 |
65 |
78 |
83 |
92 |
91 |
83 |
72 |
63 |
48 |
92 |
|
平均高温 ℉（℃） |
22.8 |
28.3 |
35.2 |
42.2 |
51.0 |
61.1 |
70.4 |
70.4 |
60.3 |
48.2 |
33.1 |
24.8 |
45.7 |
|
平均低温 ℉（℃） |
−3.1 |
−1.5 |
4.3 |
14.6 |
25.1 |
32.5 |
37.5 |
36.5 |
28.6 |
20.9 |
10.0 |
1.1 |
17.2 |
|
历史最低温 ℉（℃） |
−50 |
−50 |
−42 |
−26 |
−2 |
14 |
20 |
17 |
−5 |
−13 |
−30 |
−43 |
−50 |
|
平均降雨量 英寸（mm） |
1.91 |
1.49 |
1.73 |
1.48 |
2.06 |
2.08 |
1.66 |
1.69 |
1.59 |
1.32 |
1.71 |
1.68 |
20.40 |
|
平均降雪量 英寸（cm） |
30.9 |
21.5 |
26.7 |
16.3 |
5.3 |
.8 |
0 |
trace |
1.4 |
5.7 |
24.3 |
25.4 |
158.3 |
|
平均降水日数（≥ 0.01 in） |
17.4 |
13.8 |
14.0 |
10.8 |
12.1 |
13.3 |
10.7 |
10.7 |
9.4 |
7.4 |
12.9 |
15.3 |
147.8 |
|
平均降雪日数（≥ 0.1 in） |
15.6 |
12.0 |
12.3 |
7.2 |
2.9 |
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