在一个湖泊的水面上，冬天气温下降时，如果水温在4℃以上，上层的水就会变凉，体积缩小，密度增大，所以会沉入水底，而下层的温水会上升到上层 。
水温达到0℃结冰时，密度最小 。水的这种特性也会给人们的日常生活造成一些损失 。比如水结冰时，体积膨胀产生的力，足以炸裂水管和水泥部件 。通常冰箱里放一瓶矿泉水，变成冰后体积会增大，就是现成的例子 。当然，它也能给人类带来好处，尤其是在保护鱼类和其他水生生物方面 。
冰湖，洞钓
因为液态水在4℃时密度最高 。当温度高于4℃时，水的密度随着温度的降低而增加，但在0 ~ 4℃的温度范围内，水的密度随着温度的降低而降低，直至冰点 。正是这一特点使得4℃的水下沉，冬季中期水体由表及里形成由低到高的温度梯度，抑制了水的对流，从而出现了冰封湖泊挖洞捕鱼的景象 。这说明湖面表层结冰，但冰层下有液态水，湖底水温可稳定在4℃，使鱼类等水生生物在寒冷中生存 。
4℃的水和“千克”(kg)
1999年12月，人们用4℃时一立方分米水的质量来建立重量单位“千克” 。之所以选择4℃，是因为水在这个温度下密度最大 。
水的“热缩冷胀”特性的意义
冬季冰面以下，4℃的水密度高，会下沉到下层，而温度较低的水由于密度较低，会更靠近冰面上浮 。这阻碍了水的上下对流，使得冰面无法快速向下生长 。水中的生命，尤其是鱼，可以在冬天生存 。
水密度和水分层
本文基于上述“水的密度在4℃时最高”的特点，说明在一个整体水体中，其密度可能是不一致的，即密度差，因为大多数情况下表层水和底层水的温度不同，最终导致水体(水温)分层 。
水体的分层(水温)与水产养殖密切相关 。冬季气温低于4℃时，水面温度相对较低，然后到较低水体时水温逐渐升高到4℃ 。因此，冬天的鱼大多在较低的水体中移动以抵御寒冷 。因为水温在4℃，密度最高，上层水的密度一般很小，密集的水下沉到下面 。因此，在夏季和冬季尽量加深水位是有益的 。
当然，水产养殖中的“水体分层(水温)”并不是基于4℃，而是基于上述“密度差”原理来探究水与鱼的关系 。高温季节水温分层仍然明显，上下水温温差大 。同时，水体中的溶解氧水平在昼夜之间变化很大 。夜间，受暖湿气流影响，上层水温随气温降低而逐渐降低，但密度也同时增大，产生密度流，即上下水体之间的对流 。随着时间的推移，养殖水体上下水温差会变宽，一旦达到临界点，就会出现水温分层 。中、下层水体溶解氧缓慢补充，上层溶解氧逐渐下降，一般在凌晨达到最低水平 。此外，由于夜间基本没有天然供氧源，下层水体的溶解氧更为缺乏，因此最容易在凌晨或凌晨形成缺氧 。
因此，水产养殖应尽量打破水温分层的形成 。解决办法是破坏水温分层，采用一些机械设备，如增氧机、微孔爆破等 。当然，遇风浪，水温分层自然会消失 。因此，养鱼户应掌握水体的密度特征和水温分层规律，以保证渔业生产的顺利进行 。
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