水为什么不是一到零度就结冰？
结冰是从无序的液体变成有序晶体的过程。要开始这一变化，水分子必须先聚集成一个微小的类冰团簇，而如果有一个外来表面——一粒灰尘、一颗矿物颗粒或一层粗糙涂层——帮助分子排列整齐，这第一步就会更容易。当没有这样的表面时，水可以冷却到远低于0°C却仍保持液态；这被称为过冷水。那篇关于过冷液滴的论文指出，这种液滴在高空云中很常见，如果温度高于没有任何帮助时冰会自发形成的那个点，它们就能长时间保持液态[5]。
同样的道理也出现在山区上空。一项覆盖43年的气候重建发现，低于−6°C的过冷液态水最常见于太平洋西北部山脉的上风方向，在内陆更高、更干燥的山脉上空也相当常见，而在美国西南部则少见得多[2]。这种地理分布表明，过冷液态水并不是实验室里的稀罕现象；它是冷云中的常见特征，其存在取决于当地条件，而不只是温度。
微小空间和盐分如何让水保持液态？
当水被挤进只有几个分子宽的空间——比如碳纳米管内部——它的行为就会改变。一项关于纳米管中水的模拟研究明确报告了在冰点以下存在液态水，同时还在沸点附近发现了类冰行为，说明受限空间可以改变水正常相图的上下两端[1]。摘要没有解释完整机制，但这一结果与“狭窄孔隙会破坏结冰所需的有序排列”这一想法相符。
盐的作用方式不同。溶解的盐离子会干扰冰晶格的形成，因此盐水必须冷却到更低温度才会结冰。在冰川和冰盖之下，液态水可以在远低于冰点的温度下存在，其中一些水是咸的；一篇地球物理方法论文描述了冰下淡水与咸水系统，这些系统孕育着独特的微生物生态系统，并指出在这些环境中液态水可以在远低于冰点的温度下持续存在[4]。该论文的重点是遥感测量盐度，而不是解释冰点降低本身，但它的观测证实，咸的冰下水是零度以下液态水的真实例子。
这在现实世界中有什么影响？
过冷水不只是奇观；它影响天气和工程。在云中，过冷液态水对降水预报很重要，也可能对航空构成危险，它还是成冰性云播撒的目标——这种播撒试图触发冰的形成以增加降雪[2]。气候重建显示，过冷液态水在特定山区最常见，这有助于缩小关于云播撒可能在哪些地方起作用的 不确定性[2]。
在地面上，过冷液滴撞上寒冷表面后可能在撞击时冻结，造成积冰，这是一种安全隐患。用疏冰梯度聚合物涂层进行的实验发现，有涂层的表面可以降低撞击时的冻结概率；更粗糙、润湿性更低的涂层并没有增加冻结，反而使液滴反弹并滚落，即使在高风速下也是如此[5]。这项工作旨在设计防冰材料，也说明过冷液滴是否冻结取决于它遇到的表面以及它的温度。
在管道中，情况更加偏重应用。一项1997年的传热研究在直管和盘管中让零度以下的水不溶性冷却液与水直接接触，这一装置与制造“液态冰”有关——液态冰是一种可在水中流动的冰晶浆料[3]。摘要没有详细说明水如何保持液态的机制，但实验本身依赖于水和冷却液在零度以下相互作用，表明工程系统可以让水在低于冰点的液态状态下得到管理。
本文引用的文献
纳米管中水的动力学：冰点以下的液体与沸点附近的类冰行为
对纳米管中水的模拟报告了在冰点以下存在液态水，并在沸点附近发现类冰行为，表明受限空间改变了水的相行为。
根据4公里分辨率气候重建得到的美国西部冷季过冷液态水气候学及成冰性云播撒潜力
一项覆盖43年的气候重建发现，低于−6°C的过冷液态水最常见于太平洋西北部山脉的上风方向，而在美国西南部则少见得多。
使用水不溶性冷却液在直管和盘管中形成液态冰的行为；直管及盘管内使用非水溶性不冻液制备液态冰……
一项传热实验在直管和盘管中让零度以下的水不溶性冷却液与水直接接触，这一装置与液态冰的形成有关。
利用地面瞬变电磁法反演冰下水盐度的定量方法
液态水可以在冰川和冰盖之下远低于冰点的温度下存在，那里的冰下水系统——包括淡水和咸水——孕育着独特的微生物生态系统。
过冷水滴撞击疏冰梯度聚合物涂层的研究
低于冰点的过冷水滴在高空云中很常见，并能长时间保持液态；疏冰梯度聚合物涂层可以降低撞击时的冻结概率。