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南极洲和北冰洋位于地球的两极，常年冰天雪地，温度极低。由于极地处在地球纬度最高的地方，冬季的半年为极夜环境，几乎无太阳辐射，最低温度可低至－60℃；而夏季的半年虽为极昼环境，但冰雪反射率强，且太阳光线入射的角度较小，单位面积内能够吸收的热量也就较少，不足以融化冰雪，因此温度依然很低。北冰洋的冬季从十一月起直到次年四月，长达 6 个月。五—六月和九—十月分属春季和秋季，而夏季仅七、八两个月。一月份的平均气温介于－40～－20℃，即便是最温暖的八月平均气温也仅为－3℃左右。在北冰洋极点附近漂流站上测到的最低气温是－59℃。由于洋流和北极反气旋及海陆分布的影响，北极地区最冷的地方并不在北冰洋中央。南极平均气温比北极要低 20℃。南极大陆的年平均气温为－25℃，而沿海地区的年平均温度为－20～－17℃；内陆地区的年平均温度则为－50～－40℃；东南极高原地区最为寒冷，年平均气温低达－53℃。
然而近 30 年来，受温室效应和全球变暖的影响，极地的低温环境正在悄然发生着变化。通过卫星传感器检测地表温度得到的数据显示，南极大部分沿海地区的气温呈现惊人的增长速度——平均每年气温增加 0.1℃，部分地区最高可达 1℃／年。而北极地区升高幅度则是其他地区的两倍，最直接的后果就是北冰洋海冰在加速消融。2015 年北极年平均气温上升了 1.3℃，是自 1900 年以来的最高纪录。而 2018 年冬季北极海冰的最大面积创下自 1979 年有卫星记录以来冬季北极海冰的最小面积记录，这更加印证了北极冰融的加剧。2004 年出版的北极气候影响评估预测，北冰洋夏季无冰年份最早到 2050 年出现；而根据2009 年最新计算和预测，北冰洋夏季无冰的状况将在 10 年内出现，比原先估计的早 30 年。
联合国政府间气候变化专门委员会第六次评估报告显示，最近 50 年来，全球变暖正以过去两千年以来前所未有的速度发生，热浪、高温、干旱、飓风等极端天气将更为平常。极地气候是全球气候变暖的放大器，正是由于气温不断升高致使冰川消融、冰盖减少、冰川加速融化，取道北极已不再是纸上谈兵。