I climi delle terre polari variano molto a seconda della loro latitudine, della vicinanza del mare, dell’elevazione e della topografia; anche così, tutti condividono alcune caratteristiche “polari”. A causa delle alte latitudini, l’energia solare è limitata ai mesi estivi. Anche se può essere considerevole, la sua efficacia nell’aumentare le temperature superficiali è limitata dall’alta riflettività della neve e del ghiaccio. Solo nel bacino polare centrale la radiazione netta annuale scende sotto lo zero. In inverno, il raffreddamento radiativo in superficie è associato al freddo estremo, ma, ad altezze di poche migliaia di piedi sopra la superficie, si possono spesso trovare temperature più calde di 20-30 °F (11-17 °C). Inversioni di temperatura come questa si verificano più del 90% del tempo in pieno inverno nella Siberia nord-occidentale e su gran parte del bacino polare. Sono anche comuni sulla calotta glaciale della Groenlandia e nelle valli montane riparate dello Yukon e della Yakutia. La più bassa temperatura superficiale mai registrata in Nord America è stata osservata a Snag, Yukon (-81 °F, -63 °C), e temperature ancora più basse sono state osservate in Yakutia (-90 °F, -68 °C) e nella Groenlandia settentrionale (-94 °F, -70 °C).
Si è soliti dividere i climi polari in due grandi gruppi, quelli corrispondenti al clima delle calotte di ghiaccio, in cui nessuna temperatura media mensile supera i 32 °F (0 °C), e i climi della tundra, con almeno un mese sopra i 32 °F ma nessun mese sopra i 50 °F (10 °C). Una divisione più soddisfacente è quella di classificarli come climi marittimi polari, situati principalmente sulle isole settentrionali e le coste adiacenti degli oceani Atlantico e Pacifico, in cui le temperature invernali sono raramente estremamente basse e le nevicate sono elevate; e i climi polari continentali, come nel nord dell’Alaska, Canada e Siberia, dove gli inverni sono intensamente freddi e le nevicate sono generalmente leggere. Nel tipo di clima polare continentale sono incluse le isole dell’arcipelago artico canadese, che sono influenzate solo leggermente dal mare in inverno a causa del ghiaccio marino spesso e ininterrotto. Oltre a questi due climi, ci sono zone di transizione più piccole, aree limitate di climi “glaciali”, il clima del bacino polare e, a sud della linea degli alberi, i climi subartici.
Nelle aree polari continentali, l’inverno inizia verso la fine di agosto nell’estremo nord e circa un mese dopo vicino alla linea degli alberi. Le temperature continuano a scendere rapidamente fino a dicembre circa. Gennaio, febbraio e inizio marzo hanno condizioni uniformi con temperature medie di circa -35 °F (-37 °C) nell’Artico centrale siberiano e da -30 a -20 °F (da -34 a -29 °C) in Nord America. Le temperature estreme più basse in inverno sono tra -65 e -50 °F (-54 e -46 °C). Un’indicazione migliore delle basse temperature che colpiscono gli esseri umani è data dal windchill, una misura del potere di raffreddamento dell’atmosfera sulla pelle umana. Raggiunge un massimo a nord della Baia di Hudson, dove i forti e persistenti venti di nord-ovest, tipici dell’Artico orientale canadese, sono combinati con le basse temperature dell’aria. Questa zona è tempestosa in inverno, con nevicate moderatamente alte (da 50 a 100 pollici), temperature che cambiano rapidamente, e anche pioggia occasionale. Altrove il clima continentale invernale è tranquillo, con lunghi periodi di cielo sereno e scarse nevicate. La visibilità può essere scarsa localmente se ci sono canali d’acqua aperti nel ghiaccio marino, ed è universalmente ridotta quando il vento soffia neve alla deriva. Le nevicate più basse si hanno nei deserti polari delle isole canadesi settentrionali e della Groenlandia settentrionale, dove il totale delle precipitazioni annuali è spesso inferiore all’equivalente di quattro pollici d’acqua.
L’inverno nell’Artico marittimo (le Aleutine, la costa sud-occidentale della Groenlandia, l’Islanda e l’Artico europeo) è un periodo di tempeste, venti forti, forti precipitazioni sotto forma di neve o pioggia (quest’ultima a livello del mare), e temperature moderate. La temperatura media del mese più freddo è raramente sotto i 20 °F (-7 °C), e temperature estremamente basse sono sconosciute.
Le temperature estive sono più uniformi in tutto l’Artico. Sul margine meridionale la temperatura media mensile raggiunge i 50 °F (10 °C), e nelle situazioni continentali non sono rari brevi periodi di tempo caldo con temperature negli 80 F (27-32 °C), sole continuo e tempo calmo; tale tempo finisce spesso con temporali. Nei climi marittimi, lungo le coste, e sulle isole settentrionali quando c’è acqua aperta nel ghiaccio marino, l’estate è relativamente fresca. Nel sud le temperature sono di circa 45 °F (7 °C), diminuendo a nord fino a 40 °F (4 °C) o meno; un massimo di 60 °F (16 °C) non è quasi mai raggiunto, tranne che alle teste dei fiordi come nella Groenlandia sud-occidentale, dove le influenze marine sono meno marcate. Nebbia e nuvole basse sono diffuse nelle zone marittime, e in questo periodo dell’anno queste zone sono le più nuvolose del mondo. Nelle terre che sperimentano inverni continentali, le precipitazioni sono più pesanti durante i mesi estivi; piogge leggere e rovesci di neve sono frequenti, ma la caduta media è bassa. L’estate è ovunque un periodo di cambiamenti improvvisi. Il tempo calmo e limpido con sole e temperature di circa 50 °F (10 °C) sarà seguito da venti improvvisi, che spesso causano un calo di temperatura da 20 a 30 °F (11 a 17 °C) e sono accompagnati da nuvole e nebbia.
I periodi senza gelo e di crescita sono relativamente brevi in tutto l’Artico. Per la maggior parte non c’è un vero periodo senza gelo; il gelo e un po’ di neve sono stati registrati in ogni mese dell’anno. In alcuni luoghi vicino alla linea degli alberi, in particolare nell’Artico occidentale canadese, il periodo senza gelo può essere lo stesso delle parti meno favorevoli delle praterie.
A sud della linea degli alberi nel subartico, le differenze tra le situazioni continentali (bacino del Mackenzie, Yukon interno, Alaska e Siberia nord-orientale) e oceaniche (Quebec-Labrador settentrionale, Scandinavia settentrionale e Russia settentrionale) sono marcate. Un massimo estivo di precipitazioni e frequenti alte temperature estive (luglio significa superare i 60 °F nella Siberia nord-orientale) nelle regioni continentali contrastano con precipitazioni più pesanti, spesso con un massimo autunnale, e temperature estive più basse nelle regioni oceaniche.
L’oceano polare centrale, insieme al Beaufort e ai mari della Siberia orientale, hanno inverni comparabili all’Alaska settentrionale e alla Siberia nord-orientale. Le condizioni sono stabili per periodi prolungati di bassa velocità del vento, cieli limpidi – specialmente al confine con la Siberia – e temperature che vanno da -20 a -40 °F (-30 a -40 °C). Tempeste occasionali che hanno origine nei mari di Barents e Bering possono penetrare nei settori adiacenti del bacino polare e portare un temporaneo aumento della temperatura accompagnato da neve o neve soffiante. C’è un’area trascurabile (meno dell’1%) di acqua aperta nel bacino polare centrale in inverno; entro aprile, le temperature dell’aria aumentano fino a quando in giugno inizia lo scioglimento della neve e del ghiaccio marino sottostante. Le temperature medie estive non riescono a salire oltre i 34 °F (1 °C) e sono accompagnate da una quasi continua copertura di nuvole basse e nebbia.
L’unico clima glaciale esteso nell’emisfero settentrionale è in Groenlandia. Nel sud il clima della calotta glaciale interna ha caratteristiche marittime con forti precipitazioni, principalmente neve da perturbazioni cicloniche di passaggio. Nel centro e nel nord si sviluppa una situazione continentale e le nevicate sono minori. Anche se la temperatura dell’aria può talvolta salire fino a 32 °F (0 °C), la temperatura media è molto più bassa che nel sud. Forti venti che soffiano dalla calotta glaciale sono comuni in tutte le parti dell’isola.
L’evidenza delle fluttuazioni dei ghiacciai suggerisce un significativo cambiamento climatico alle latitudini polari nell’ultimo millennio. La prima metà del 20° secolo ha visto un miglioramento climatico nell’Artico, con temperature più alte riscontrate soprattutto in inverno e soprattutto intorno al Mare di Norvegia. In generale, la grandezza del riscaldamento è aumentata con la latitudine, e nelle Svalbard le temperature invernali sono aumentate di 14 °F (8 °C). Associati ai cambiamenti climatici ci fu una radicale riduzione del ghiaccio marino intorno alle Svalbard e al largo della Groenlandia sud-occidentale.
Uccelli, animali e soprattutto pesci apparvero più a nord di prima; in Groenlandia questo portò a un cambiamento nell’economia, poiché la sua tradizionale dipendenza dalle foche cedette alla dipendenza dalla pesca, in particolare dal merluzzo, che veniva pescato a nord del 70° parallelo.
Nei primi anni ’40, tuttavia, ci fu un calo delle temperature polari. Questo diffuso raffreddamento climatico continuò a intermittenza fino ai primi anni ’70. In questo periodo il ghiaccio marino non è riuscito a lasciare le zone costiere in estate nell’Artico orientale canadese per la prima volta a memoria d’uomo. Un’inversione di questa tendenza è seguita nei due decenni successivi, con gli aumenti di temperatura più evidenti che si sono verificati nelle terre a nord dell’Oceano Pacifico e intorno ai mari di Barents e della Groenlandia (un cambiamento di +2,7 °F nelle temperature annuali).
La causa alla base dei cambiamenti non è nota, anche se essi risultano direttamente dall’aumento della penetrazione dei venti meridionali nelle regioni polari.