Температурный режим высоких широт существенно зависит от влияния ледяного покрова на поглощение солнечной радиации. В центральной Арктике весной и осенью коэффициент отражательной способности приблизительно равен 0,80, а летом, в период наиболее активного таяния — 0,70. Именно здесь кроются истоки одной из основных особенностей радиационного режима в полярных областях — малых по абсолютной величине, а зачастую и отрицательных значений годовых сумм радиационного баланса, в противоположность сравнительно большим положительным значениям во всех других областях земного шара.
Как велика роль таких радиационных условий, было показано климатологом академиком М.И. Будыко на двух гипотетических примерах. Первая ситуация, предложенная им, возникла бы в том случае, если бы при отсутствии облаков земная поверхность полностью была закрыта покровом снега и льда. В этом случае ее средняя температура, равная сейчас 15 °С, должна была бы снизиться примерно на 100 °С. В другом случае, если бы арктический ледяной покров отсутствовал, при существующих условиях теплообмена в атмосфере и гидросфере температура в Арктике должна была бы повыситься более чем на 40 °С.
Однако полярные льды оказывают существенное влияние не только на отражательную способность, но и на меридиональный теплообмен в атмосфере и гидросфере. Приток тепла в гидросфере в центральной Арктике, обусловленный меридиональным теплообменом, при отсутствии льдов возрастает. Сейчас этот приток незначителен, хотя происходит проникновение океанического тепла через толщу льда за счет его теплопроводности, тепло поступает в атмосферу с поверхностей полыней и разводий, а также выделяется при замерзании воды. Это приводит к повышению температуры в холодное время года на 3—4 °С в сутки над тонким льдом, и на 1—2 °С — над паковым.
Исследования теплового баланса показали, что в высоких широтах — как северных, так и южных — свободные ото льдов океаны зимой отдают в атмосферу большое количество тепла, которое возмещается горизонтальным теплообменом в гидросфере. При наличии льдов в Центральной Арктике меридиональная разность температуры верхних слоев океанических вод мала, и, соответственно, мал меридиональный приток тепла, связанный с океаническими течениями. При отсутствии льдов это соотношение меняется — возрастает меридиональная разность температуры поверхностных вод и связанный с нею перенос тепла морскими течениями.
Одновременно из-за повышения температуры в Арктике уменьшается меридиональный температурный градиент в атмосфере и соответственно уменьшается приток тепла в высокие широты. Причем это уменьшение должно превосходить увеличение притока тепла в гидросфере, иначе широтное распределение температуры не будет соответствовать распределению поглощенного солнечного излучения.
Теоретически рассчитано, что для возникновения покрова морских или материковых льдов в высоких широтах необходимо лишь небольшое начальное понижение температуры. Как только радиус покрова достигает размера порядка Г большого круга Земли, начинает сказываться его собственное охлаждающее влияние, и покров самопроизвольно увеличивается. Соответственно возрастает разность температур экватор — полюс, усиливается атмосферная циркуляция, испарение, облачность, осадки. Испарение и облачность, в свою очередь, вызывают понижение температуры земной поверхности и распространение оледенения в сторону низких широт. Результирующее понижение температуры за счет ледяной шапки оказывается во много раз больше ее начального понижения, вызвавшего появление исходного ледяного покрова. Эта идея, о существовании критического размера у покровов, по достижении которого они начинают развиваться самопроизвольно, частично подтверждается отсутствием в современную эпоху ледниковых щитов, радиус которых существенно больше 1° меридиана (исключение составляют только материково-островные Гренландский и Антарктический покровы).
Считается, что покров может исчезать и появляться как в зависимости от изменения климатообразующих факторов, так и при отсутствии этих изменений — в результате возникновения автоколебательных процессов в климатической системе. Наличие или отсутствие льдов в Арктике или колебания их мощности и районов распространения создают определенные климатические режимы не только в высоких, но и в умеренных широтах, что приводит к изменению состояния климатической системы в целом.
