■葛全胜 郑景云 方修琦 萧凌波

过去数十年间，以增暖为显著标志的全球气候变化问题引发了国际社会越来越多的关注，相关科学研究也持续深入，成为不折不扣的热点和前沿领域。“以史为鉴，可以知兴替”，因此，在全球变化的诸多研究领域中，过去2000年气候变化及其影响研究始终是一个独特而又重要的方向。在这一时段内，人类活动对气候系统的影响持续增强，同时社会自身发展也受到气候变化的强烈影响。

丰富的历史文献资料是中国学者开展气候变化重建及影响工作的独特优势，国内这方面研究的开创者是我国地理学和气象学的奠基人竺可桢先生。与国际过去2000年气候变化及其影响研究的快速发展相呼应，近年来，随着研究手段的不断完善和数据资料的极大丰富，中国在这一领域已经取得了显著进展，并能够对一些学界和公众共同关心的问题提供新的科学认识。

过去2000年温度变化与20世纪增暖

提及过去的气候变化，只要对这一问题稍有关注的人，多半都会首先联想到一条酷似横放的曲棍球杆的温度变化曲线——在过去千年中的前900年，温度持续保持缓慢下降趋势，而至末端（最近100年间）突然上扬。这就是由美国气候学家Mann等人于1999年发表的北半球过去千年温度变化曲线，因为被2001年IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）第三次气候评估报告引用而广为人知。这条曲线非常直观地向人们传递了一个信息——20世纪以来的全球增暖打断了1000年来温度持续降低的趋势，20世纪是过去1000年最暖的世纪，因此这种升温变化是非同寻常的。这一结论也引发了激烈的学术争论，甚至惊动了美国国会。过去十多年中，国际学界持续推动这一方向的研究，许多学者都发表了新的全球或半球历史气候重建序列。虽然仍存在很大的分歧，但共识在增加，包括Mann团队自身也曾数次修正其“曲棍球杆”曲线。近期，由中国学者重建的过去千年北半球温度序列也第一次得到国际同行的广泛认可，被2013年的IPCC第五次科学评估报告采用。

由于对气象要素的仪器观测记录最长不过数百年，过去2000年大部分时间内的气候变化，只能依赖那些能够保存古气候信息的载体，即所谓“代用资料”来进行重建。时间越向前追溯，代用资料越少、重建结果的不确定性就越高。相对于常用的自然代用资料（如树木年轮、石笋、珊瑚、冰芯、湖泊沉积），能够直接保留古气候信息（如天气现象、动植物物候期、自然灾害、人体感知）且时间、地点明确的历史文献记录，一直得到研究者的特别重视。中国过去2000年历史文献的丰富度、连续性和可靠性在世界上独一无二，保存有无数古气候信息可供发掘。20世纪70年代，竺可桢先生在其毕生心血之作《中国近五千年来气候变迁的初步研究》一文中，为如何使用这些信息去重建过去气候树立了典范；沿着他开创的道路，中国历史气候研究者们数十年如一日地积累数据资料、改进研究方法，并在那些文献稀少的地区，如西北内陆、青藏高原和边缘海区，使用树轮、冰芯、珊瑚等其他代用资料开展重建工作。通过对不同区域重建结果的集成方法，已经重建出了过去2000年覆盖中国全境的温度变化序列。

根据北半球与中国过去2000年温度变化的最新重建成果，无论是中国还是半球尺度上，过去2000年间都呈现周期性变化的特点，并曾出现过数个显著的温暖时段，其中北半球“罗马暖期”和“中世纪暖期”在中国都可以找到对应的暖期（分别是从公元前延续至公元200年的“两汉暖期”和941~1300年的“两宋暖期”，但在暖期的起止时间、温暖程度上存在一定差异），特别是后者，鼎盛时段的温暖程度很可能并不逊于20世纪；此外，中国还可以识别出一个显著的“隋唐暖期”（551~760年）。因此，如果从过去2000年的中国温度变化看，20世纪暖期也只是周期性出现的温暖时段的其中之一。

20世纪暖期与历史暖期的差异

尽管历史时期曾经出现与现代温暖程度相近的暖期，但20世纪暖期也有与历史暖期（如中世纪暖期）不同的地方。20世纪的气候增暖在时间和空间上都表现出强烈的一致性，而中世纪暖期在时间和空间上都不太同步。这种气候特征和空间格局上的差异涉及到气候增暖的驱动机制问题。工业革命之前的人类活动对自然系统扰动较小，增暖主要受自然因子（如太阳辐射、火山活动等）的驱动，而20世纪暖期则可能在自然的背景下叠加了人类活动的强烈影响。

计算机技术的飞速发展，给科学家在实验室中通过模拟诊断气候系统驱动机制提供了可能。地球系统模式的模拟结果已经能够较好地反映过去2000年几个重要时段（如罗马暖期、中世纪暖期、小冰期、20世纪暖期）的气候特征。对比中世纪暖期和20世纪暖期的模拟结果，前者主要受太阳辐射和火山活动变化等自然因子的影响，其增暖的物理原理是所谓“海洋恒温机制”——到达地表的太阳辐射量增加，在被海洋吸收后，再以长波辐射的方式加热大气，导致增暖；而后者则主要由温室气体和太阳辐射变化的共同作用所引起，受到温室气体浓度大幅增加的强烈影响，其增暖机制为“大气稳定机制”——因温室效应增强而被大气层吸收的长波辐射直接导致大气升温。

模拟还显示，自然和人为因子引起的增暖都会导致全球平均降水量增加，但增加幅度和影响区域差异显著。同样是温度上升1℃的情景下，由自然因子（如太阳辐射增加）导致的降水增加量要大于由人为因子（主要是温室气体增加）所引起的降水增加量。在中世纪暖期，全球大部分区域的降水都有增加；而在20世纪暖期，降水只是在赤道区域增加较为明显，但其邻近区域的降水却显著减少——换言之，本来就比较湿润的区域会变得更加湿润，而相对干旱的区域则更加干旱。

暖期中的极寒天气

气象观测记录显示，相比于20世纪八九十年代的急速升温，近十多年来变暖的势头正在放缓：1998～2012年间全球平均气温只上升了0.05℃±0.08℃，这一被称为“全球增暖减缓”或“全球增暖停滞”的现象已经引起了国际学界的高度重视。目前对这一现象的解释还没有定论，但多数将其归为自然原因，如300米以下深层海水吸收了多余热量，海洋—大气相互作用下的气候阶段性波动，以及太阳活动减弱和火山活动加强等。

“全球变暖停滞”对于公众来说，比较直观的印象就是近年世界各地严寒事件的增多，其中，令国人印象深刻的2008年初那场南方冰雪灾害就是一个典型案例。当时，江淮流域各省市普遍出现数十年不遇的持续雨雪冰冻天气，给社会经济运转，特别是春运工作造成极为严重的影响；而根据对历史时期气候的研究，类似这样不同寻常的事件还可能具有更深层的气候变化指示意义。

中国过去500年间曾经发生过26次强度与2008年南方雪灾相近的极端寒冬事件，将它们按空间过程和气象特征进行进一步归类，可以发现与2008年最为相似的事件共出现过4次，分别发生在1578年、1620年、1796年和1841年，也就是说，这类极端寒冬属百年一遇事件。除1841年外，其余3次事件均与气候由一个相对温暖的温度峰值时段转向一个持续十几年或几十年的寒冷时段对应。这种关系意味着，2008年雪灾有可能是气候由暖转冷的一个先兆，即如果只考虑自然因子的驱动，而不考虑人为温室效应增强的影响，未来数十年内气候变暖停滞甚至转冷的可能性比继续增暖的可能性更大。

历史气候变化影响与适应的启示

我国历史上的社会经济波动与气候变化之间存在良好的Q对应关系，这种关系总体上可以表述为“冷抑暖扬”，即在暖期时，往往呈现农业生产发达、经济繁荣、人口增加、国力强盛的态势；反之，寒冷阶段往往农业萎缩、经济衰退、国力式微。不过，我国地域广阔，不论在暖期还是冷期中，都是有利和不利影响的地区并存，不可一概而论。

特别需要指出的是，与暖期相伴的社会经济发展与人口膨胀同时也增加了对资源与环境的压力，使得以农业为基础的社会系统风险持续上升，这样在遭遇重大的气候转折（如温度下降、降水减少）时，很容易造成资源相对短缺，导致人地关系失衡；这时，突发的重大气候灾害往往更容易触发社会危机，极端情景下甚至成为社会全面动荡和朝代更替的导火索。

明朝的灭亡就是一个典型的例子：一方面，16世纪晚期开始的气候转冷、转干趋势，不仅直接降低了粮食产量，使得整个华北长期处在粮食短缺状态，而且加速了北方军屯体系的崩溃，迫使政府向这里大规模转运军粮，深陷财政危机；另一方面，17世纪20年代末期开始的长达十余年的北方大旱（史称崇祯大旱，为过去500年间华北最为严重的旱灾），首先触发了陕西、山西两省农民起义浪潮，之后随着灾区的蔓延和灾情的加重，在使义军兵源不断得到补充的同时，又持续削弱了明军的补给能力，使明王朝最终为起义军所推翻。

无论身处怎样的气候条件，面对气候变化的影响，我们的先民总是通过各种积极的手段进行适应，以期趋利避害。例如在中世纪暖期温暖的气候背景下，10～12世纪农作物种植界线曾发生两次大规模北扩，在北方农牧交错带和暖温带—亚热带交界处体现得尤为明显；同时，为适应当时总体“北涝南旱”的干湿格局，在北宋政府倡导下，北方黄河流域推广稻作农业，长江流域则推广生长期较短的占城稻，并形成稻麦连作制度，其中后者堪称中国农业史上一次革命，对其后中国社会经济的发展产生了深远影响。

作者单位：

中国科学院地理科学与资源研究所

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