极地海冰的形成是一个受多种因素影响的复杂热力学过程，其中低温是核心驱动力，但冰盖厚度的差异则取决于热量交换、盐度动态、时间尺度和环境干扰等因素。以下是低温驱动海水凝结成不同厚度冰盖的关键机制：
一、低温启动冻结：海水与淡水的差异冰点降低
海水因含盐（平均盐度3.5%），冰点低于淡水（约-1.8℃）。当表层水温降至冰点以下时，过冷状态引发冰晶成核，形成针状或片状的冰晶（Frazil Ice）。
盐分排出与卤水通道
冰晶生长时排斥盐分，形成高浓度卤水（Brine）。部分卤水被包裹在冰晶间隙，部分通过通道排出至海中，形成卤水池（Brine Pockets） 或向下渗透。这一过程使新冰盐度较高（10-15‰），随时间推移逐渐降低。
静水冻结（Congelation Ice）
无风浪时，表层冰晶聚合成油脂冰（Grease Ice），随后固结成平滑的薄冰层（Nilas），厚度约5-10 cm。此阶段冰层脆弱，易被风浪破坏。
动力过程：碎冰重组
风浪将薄冰打碎成饼状冰（Pancake Ice），碎冰碰撞挤压形成圆形边缘，厚度快速增至10-30 cm。
热传导主导期
冰层形成后，其厚度增长速率（( \frac{dh}{dt} )）受冰面与冰底温差（( \Delta T )）和冰导热系数（( \kappa )）控制：
[
\frac{dh}{dt} \approx \frac{\kappa \cdot \Delta T}{h \cdot L_f \rho_i}
]
其中 ( L_f ) 为融化潜热，( \rho_i ) 为冰密度。厚度越大，增长越慢（因隔热增强），呈 ( h \propto \sqrt{t} ) 关系。
典型增长曲线
积雪隔热效应
积雪覆盖（>20 cm）显著降低冰底热损失，抑制增长。例如南极海冰常覆厚雪，单季冰厚仅0.5-1 m。
洋流与热通量
暖流（如北大西洋流）融化冰底，限制厚度；上升流携带较暖海水阻碍冻结。
动力增厚：挤压与叠置
海面在风/洋流驱动下形成冰脊（Ridge） 或堆叠冰（Rafted Ice），局部厚度可达10-20 m（占多年冰体积的40-60%）。
北极
多年冰主导（历史平均厚3-4 m），但气候变暖导致其被单季冰（1-2 m）取代，冰脊占比上升。
南极
以单季冰为主（平均厚0.5-1 m），因强风浪、高降雪和洋流干扰，多年冰极少（仅威德尔海等局部存在）。
海冰厚度是极地气候系统的关键指标：
低温是海冰生成的起点，但厚度分异实为热力学、动力学与气候系统耦合的结果。理解这一过程需综合冰-海-气界面的能量与物质交换，对预测极地变化至关重要。
