Осенью более теплая вода в водоемах поднимается вверх, и затем зимой замерзает, а более холодная опускается на дно, где на нее не действует холод потому что лед и снег не дают воде промерзнуть.
Ещё есть теория что когда ближе к ядру земли температура выше, но это уже так догадки.