冰冻圈是地球上各种冻结组分的统称，包括地表积雪、冰川、冰盖、海冰、湖冰和河冰，以及包括多年冻土在内的冻结地层。凡是水以冰的形式存在的地方，冰冻圈便与水圈重叠，并与陆地、海洋和地球大气层相互作用。冰冻圈并非连续覆盖地球的壳层，而是由地理上分散的系统组成，其范围随季节及更长时间尺度而变化。这些系统储存淡水、影响气候，并保存着过去环境状况的证据。(nsidc.org)
组成与分布
积雪广泛分布于中高纬度地区和山区，也见于赤道附近的高海拔地区。大部分积雪每年都会融化，而持续积累的积雪则可能演变为冰川冰。因此，积雪与冰川有所不同：积雪可能只是暂时存在、厚度较薄且静止不动，而不是长期存在并不断流动的冰体。按照美国国家冰雪数据中心采用的以地表为界的定义，降雪落到地面后才成为冰冻圈的一部分。(nsidc.org)
当积累的降雪经历连续多个消融季节后仍未完全融化，逐渐压实成冰，并在自身重力作用下移动时，就形成了冰川。冰川分布于山脉和极地地区。冰盖是面积超过50,000平方千米、具有大陆尺度的冰川冰体。地球现存的两大冰盖覆盖了格陵兰和南极洲的大部分地区，合计占地球陆地冰总量的99%以上。规模较小、呈穹顶状的冰体称为冰帽。(nsidc.org)
海冰由海水冻结形成，主要分布在北冰洋和南大洋。它不同于冰架：冰架是陆地冰川向海上延伸形成、与海岸相连的浮冰体。冰架接收从冰川流入的冰，也会因冰块崩解形成冰山而损失冰量。湖泊和河流也会形成季节性或持续存在的冰层，将冰冻圈与淡水环境联系起来。(nsidc.org)
多年冻土是指温度连续至少两年保持在0°C或以下的地层，包括土壤、沉积物或岩石。其定义依据的是温度，而非最低含冰量。多年冻土分布于北半球高纬度地区、高山地区，以及北极部分大陆架之下。其上覆的活动层随季节交替冻结和融化。冬季冻结、每年又会融化的地层属于季节冻土，而不是多年冻土。(nsidc.org)
气候与物理过程
冰雪凭借较高的反照率，即反射能力，影响地球能量收支。与深色陆地或无冰水面相比，冰雪通常会反射更多入射阳光。当变暖使积雪或海冰消失时，暴露出来的表面会吸收更多太阳能，促使进一步变暖和融化。这种冰—反照率反馈将冰冻圈变化与更广泛的气候变化联系起来，其强度随季节、日照和表面状况而变化。(science.nasa.gov)
积雪还对地面起保温作用，而海冰则会改变海洋与大气之间的交换。因此，冰冻圈变化不仅意味着高反射率表面的消失，还会改变热量交换、海洋生物活动和环流。具体影响取决于发生变化的组分、所在位置，以及冻结和融化的时间。(nsidc.org)
评估冰川和冰盖变化时，通常考察其物质平衡，即主要由降雪带来的物质增加量，与融化和冰流排出造成的损失量之差。冰川和冰盖的运动将积累的冰输送到较低海拔地区或海岸。漂浮的冰架能够抑制接地冰体向海洋排出；冰架变薄或退缩会削弱这种约束，使上游冰川加速流动。(nsidc.org)
水、海平面与碳
冰冻圈是水循环中的重要储水库。季节性融雪和冰川融水补给河流，影响下游径流的水量及其时间分布。冰川缩小起初可能增加融水量，但持续损失最终会减少剩余的冰储量。因此，积雪和冰川储水量的变化会影响依赖这些水源的流域中的供水、农业和水力发电。(ipcc.ch)
当原先储存在陆地上的水进入海洋时，陆地冰的损失便会推动海平面上升。浮冰融化的直接影响小得多，因为它本来就已排开一定体积的海水。不过，冰架损失可能增加接地冰川向海洋的排冰量，从而间接抬升海平面。海洋变暖也会通过热膨胀导致海平面上升，这一过程独立于冰冻圈的物质损失。(nsidc.org)
多年冻土将冰冻圈与碳循环联系起来。冻结的土壤保存着有机物，解冻后这些有机物可能被微生物分解，释放二氧化碳或甲烷。这些气体的释放可能加剧变暖，但释放量取决于水分、植被、解冻过程及其他局地条件。富冰地层解冻还可能导致地面沉降，改变排水状况并损坏基础设施。(ipcc.ch)
已观测到的变化与研究
观测表明，冰冻圈正在广泛响应气候变化。政府间气候变化专门委员会在2021年评估报告中指出，自20世纪70年代末以来，北半球春季积雪覆盖范围有所缩小，同时多年冻土也在升温和解冻。始于1979年的卫星观测记录显示，北极海冰总体减少，其中9月的减少尤为显著。卫星重力测量也记录到，自2002年以来，两大冰盖均出现净质量损失。在解读这些趋势时，仍须重视区域差异和年际变化。(ipcc.ch)
科学家将实地测量与遥感相结合。卫星和机载仪器测量冰的覆盖范围、高程、运动，以及与冰体质量相关的引力变化。这些观测为质量损失估算提供约束，并支持对未来变化的预测。冰芯则为古气候学提供了互补的档案：其中封存的空气记录了过去的大气组成，而同位素比值及其他特性有助于重建过去的温度和环境状况。(science.nasa.gov)