我们目前对纯水的结冰成核条件，界面结构对水结冰的关系等基本问题等都所知甚少。水结冰的关键步是冰晶成核。百年前Gibbs等人提出经典成核理论（Classic Nucleation Theory，CNT），提供了非常简单直观的相变成核图像，被认为能较好描述包括水结冰等一大类一阶相变过程。不管怎样，CNT的核心概念，临界核，因为太小并且寿命太短（纳米纳秒），一直缺乏直接实验证据。计算机模拟研究是目前理解水结冰机制的重要手段，但水模型的准确程度和模拟结果的可靠性等还需要更多研究。在这个报告中，我们讨论这个领域的基本研究现状，以及结合分子动力学模拟和实验研究，理解基底原子尺度的结构对其上水的结冰影响。重点介绍我们最近的工作，实验证实了水结冰过程中临界核的存在，并给出了它的大小和过冷温度间的关系。