thumb|400px|Mapa del planeta Tierra con las zonas de la criósfera marcadas. La criósfera o criosfera (gr. κρύος (cryos), "frío", "escarcha" o "hielo" y σφαῖρα (esfera) "globo") es el término que describe las partes de la superficie de la Tierra donde el agua se encuentra en estado sólido, lo que incluye el hielo del mar, el hielo de los lagos y el de los ríos, los glaciares, las capas de hielo y el terreno congelado (incluyendo el permafrost). Por lo tanto hay una amplia superposición con la hidrosfera.
La criósfera es una parte integral del sistema climático global, con importantes vínculos y reacciones generadas a través de su influencia en los flujos de energía de superficie y la humedad, las nubes, la precipitación, la hidrología, la circulación atmosférica y oceánica. A través de estos procesos de retroalimentación, la criósfera juega un papel significativo en el clima global y en la respuesta al modelo climático del cambio global. Actualmente la mayor parte de la criósfera se encuentra localizada en las regiones polares del planeta, principalmente en el inlandsis de la Antártida (aproximadamente el 90 % de la criósfera superficial) seguida de Groenlandia y las otras islas del Glacial Ártico, luego de esto las otras principales zonas de criósfera son las altas montañas con "nieves perpetuas" (por ejemplo en las cimas de los Andes y el Himalaya, y los campos de Hielo patagónicos argentinochilenos. A inicios del siglo presente debido al calentamiento global de origen antrópico gran parte de la criósfera, que es una de las principales reservas de agua dulce de la Tierra, se está derritiendo, esto se nota principalmente en las montañas (con retroceso de glaciares) y en las regiones árticas. La criósfera superficial es un principal factor del albedo del planeta Tierra y con tal albedo facilita la baja de la temperatura promedio del planeta.
Estructura thumb|upright=1.35|Extensión de las regiones afectadas por los componentes de la criosfera en todo el mundo del IPCC Fifth Assessment Report. thumb|upright=1.35| De La criosfera (encuesta 2021): La Tierra perdió 28 billones de toneladas de hielo entre 1994 y 2017, y el derretimiento del hielo en tierra (capas de hielo y glaciares) elevó el nivel global del mar en 34,6 ±3,1 mm. La tasa de pérdida de hielo ha aumentado en un 57 % desde la década de 1990: de 0,8 a 1,2 billones de toneladas por año. Fig. 4.
El agua congelada se encuentra en la superficie de la Tierra principalmente como cubierta de nieve, hielo de agua dulce en lagos y ríos, hielo marino, glaciares, capas de hielo, y suelo congelado y permafrost (suelo congelado permanentemente). El tiempo de permanencia del hielo en cada uno de estos subsistemas criosféricos varía mucho. La capa de nieve y el hielo de agua dulce son esencialmente estacionales, y la mayor parte del hielo marino, excepto el hielo del Glacial Ártico central, dura solo unos pocos años si no es estacional. Sin embargo, una determinada partícula de agua en los glaciares, las capas de hielo o el hielo terrestre puede permanecer congelada entre 10 y 100.000 años o más, y el hielo profundo de algunas partes de la Antártida Oriental puede tener una edad cercana al millón de años.
La mayor parte del volumen de hielo del mundo se encuentra en la Antártida, principalmente en la capa de hielo de la Antártida Oriental. Sin embargo, en términos de extensión, las nieves y hielos invernales del hemisferio norte comprenden la mayor superficie, alcanzando un promedio del 23 % de la superficie hemisférica en enero. La gran extensión y el importante papel climático de la nieve y el hielo, relacionados con sus propiedades físicas únicas, indican que la capacidad de observar y modelizar la extensión de la cubierta de nieve y hielo, su espesor y sus propiedades físicas (propiedades radiativas y térmicas) es de especial importancia para la investigación del clima.
Hay varias propiedades físicas fundamentales de la nieve y el hielo que modulan los intercambios de energía entre la superficie y la atmósfera. Las propiedades más importantes son la reflectancia de la superficie (albedo), la capacidad de transferir calor (difusividad térmica) y la capacidad de cambiar de estado (calor latente). Estas propiedades físicas, junto con la rugosidad de la superficie, la emisividad y las características dieléctricas, tienen importantes implicaciones para la observación de la nieve y el hielo desde el espacio. Por ejemplo, la rugosidad de la superficie es a menudo el factor dominante que determina la fuerza de la retrodispersión del radar. Las propiedades físicas como la estructura cristalina, la densidad, la longitud y el contenido de agua líquida son factores importantes que afectan a las transferencias de calor y agua y a la dispersión de la energía de microondas.
La reflectancia de la superficie de la radiación solar entrante es importante para el balance energético de la superficie (SEB). Es la relación entre la radiación solar reflejada y la incidente, comúnmente denominada albedo. Los climatólogos se interesan principalmente por el albedo integrado sobre la porción de onda corta del espectro electromagnético (~300 a 3500 nm), que coincide con la principal entrada de energía solar. Normalmente, los valores de albedo de las superficies cubiertas de nieve que no se derriten son altos (~80-90 %), excepto en el caso de los bosques. Los albedos más elevados de la nieve y el hielo provocan rápidos cambios en la reflectividad de la superficie en otoño y primavera en las latitudes altas, pero la importancia climática global de este aumento está modulada espacial y temporalmente por la nubosidad. (El albedo planetario está determinado principalmente por la nubosidad y por la pequeña cantidad de radiación solar total que se recibe en las latitudes altas durante los meses de invierno). El verano y el otoño son épocas de alta nubosidad media sobre el océano Ártico, por lo que la retroalimentación del albedo asociada a los grandes cambios estacionales en la extensión del hielo marino se reduce considerablemente. Groisman et al. observaron que la cubierta de nieve mostraba la mayor influencia en el balance radiativo de la Tierra en el periodo de primavera (abril a mayo), cuando la radiación solar entrante era mayor sobre las zonas cubiertas de nieve.
Las propiedades térmicas de los elementos criosféricos también tienen importantes consecuencias climáticas. La nieve y el hielo tienen difusividades térmicas mucho menores que el aire. La difusividad térmica es una medida de la velocidad a la que las ondas de temperatura pueden penetrar en una sustancia. La nieve y el hielo son muchos órdenes de magnitud menos eficientes en la difusión del calor que el aire. La cubierta de nieve aísla la superficie del suelo y el hielo marino aísla el océano subyacente, desacoplando la interfaz superficie-atmósfera con respecto a los flujos de calor y humedad. El flujo de humedad de una superficie de agua es eliminado incluso por una fina capa de hielo, mientras que el flujo de calor a través del hielo fino sigue siendo sustancial hasta que alcanza un grosor superior a los 30 o 40 cm. Sin embargo, incluso una pequeña cantidad de nieve sobre el hielo reducirá drásticamente el flujo de calor y disminuirá el ritmo de crecimiento del hielo. El efecto aislante de la nieve también tiene importantes implicaciones para el ciclo hidrológico. En regiones sin permafrost, el efecto aislante de la nieve es tal que solo se congela el suelo cercano a la superficie y el drenaje de aguas profundas no se interrumpe.Lynch-Stieglitz, M., 1994: The development and validation of a simple snow model for the GISS GCM. J. Climate, 7, 1842–1855.
Mientras que la nieve y el hielo actúan para aislar la superficie de las grandes pérdidas de energía en invierno, también actúan para retardar el calentamiento en la primavera y el verano debido a la gran cantidad de energía necesaria para fundir el hielo (el calor latente de fusión, 3,34 x 105 J/kg a 0 °C). Sin embargo, la fuerte estabilidad estática de la atmósfera sobre las zonas con mucha nieve o hielo tiende a confinar el efecto de enfriamiento inmediato a una capa relativamente poco profunda, por lo que las anomalías atmosféricas asociadas suelen ser de corta duración y de escala local a regional.Cohen, J., y D. Rind, 1991: The effect of snow cover on the climate. J. Climate, 4, 689-706. En algunas zonas del mundo, como Eurasia, sin embargo, se sabe que el enfriamiento asociado a un gran manto de nieve y a los suelos húmedos de primavera desempeña un papel en la modulación de la circulación del monzón de verano.Vernekar, A. D., J. Zhou, y J. Shukla, 1995: The effect of Eurasian snow cover on the Indian monsoon. J. Climate, 8, 248-266. Gutzler y Preston (1997) presentaron recientemente pruebas de una retroalimentación similar de la circulación de la nieve en verano sobre el suroeste de Estados Unidos.
El papel de la capa de nieve en la modulación del monzón es solo un ejemplo de una retroalimentación criosfera-clima a corto plazo que involucra la superficie terrestre y la atmósfera. En la Figura 1 se puede ver que hay numerosas retroalimentaciones criosfera-clima en el sistema clima global. Estos operan en una amplia gama de escalas espaciales y temporales, desde el enfriamiento estacional local de la temperatura del aire hasta variaciones a escala hemisférica en las capas de hielo en escalas de tiempo de miles de años. Los mecanismos de retroalimentación involucrados son a menudo complejos y no se comprenden por completo. Por ejemplo, Curry et al. (1995) mostró que la denominada retroalimentación «simple» del albedo del hielo marino implicaba interacciones complejas con la fracción de plomo, los estanques de deshielo, el espesor del hielo, la capa de nieve y la extensión del hielo marino.
Nieve Debido a su estrecha relación con la temperatura del aire hemisférico, la capa de nieve es un indicador importante del cambio climático. La mayor parte del área cubierta de nieve de la Tierra se encuentra en el hemisferio norte y varía estacionalmente desde 46,5 millones de km2 en enero hasta 3,8 millones de km2 en agosto.Robinson, D. A., K. F. Dewey, and R. R. Heim, 1993: Global snow cover monitoring: an update. Bull. Amer. Meteorol. Soc., 74, 1689–1696. la capa de nieve invernal en América del Norte aumentó durante el , en gran medida en respuesta a un aumento en la precipitación.Groisman, P. Ya, and D. R. Easterling, 1994: Variability and trends of total precipitation and snowfall over the United States and Canada. J. Climate, 7, 184–205. Sin embargo, el Sexto Informe de Evaluación del IPCC encontró que la capa de nieve del hemisferio norte ha estado disminuyendo desde 1978, junto con la profundidad de la nieve. Las observaciones paleoclimáticas muestran que tales cambios no tienen precedentes en los últimos milenios en el poniente de América del Norte.